Co-ZnO纳米复合颗粒膜磁电阻性能及其机理研究

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自从在纳米颗粒膜中发现巨磁电阻效应以来,颗粒膜便因其在自旋电子器件中的潜在应用而备受关注。尤其是具有室温磁电阻效应的铁磁金属/非磁性半导体纳米颗粒膜更是引起了研究热潮。其中,铁磁金属的含量、颗粒尺寸大小及分布等对于薄膜的微结构及电磁学性能有着重要的影响。通过调整实验条件,可以实现金属含量及微结构的调控,从而达到对薄膜磁电阻性能的精准调制,这对于自旋电子器件的实际应用有着十分重要的意义。本文通过磁控共溅射的方法制备了Co-ZnO纳米复合颗粒膜,通过调控靶材溅射功率、沉积温度等实验条件,对薄膜的微结构、磁电阻性能及电子传输机制进行了研究;通过构建原理图,阐明了磁电阻曲线形状发生变化的原因;系统分析了测试温度对于薄膜电子传输机制的影响,并通过数据拟合,揭示了颗粒膜中从微结构到磁电阻性能的变化关系。主要研究内容如下:(1)通过改变Co靶和ZnO靶溅射功率,对薄膜金属含量进行了调控,进而调节了薄膜的微结构。得到了Co含量介于25 at%到65 at.%的薄膜,获得了铁磁团簇和超顺磁颗粒的共存态,并研究了薄膜微结构的变化对薄膜磁电阻及场灵敏度的影响。发现薄膜的磁电阻随Co含量增加呈现出先升高后降低的趋势,在Co含量为49 at.%时获得了比较高的磁电阻值-9.5%。当薄膜中出现铁磁团簇时,磁电阻曲线会随之展宽,对此我们构建了原理图进行了合理的解释。并通过电导温度关系曲线,研究了薄膜中的导电机制,发现低温下薄膜隧穿导电为主,高温下以高阶隧穿跳跃机制为主。(2)研究了沉积温度对薄膜电学、磁学及磁电阻性能的影响。发现ZnO衍射峰随沉积温度升高逐渐增强。高沉积温度下溅射的薄膜,ZnO和Co颗粒尺寸均有所增大,矫顽力、剩磁比、饱和磁化强度都有所增强。薄膜磁电阻随沉积温度增加逐渐减小,电阻率由18000μΩ·cm下降到1400μΩ·cm。室温下溅射的薄膜在2 K时的磁电阻值达到了-23.9%,并且出现了双峰的现象。
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