alco共掺杂zno薄膜制备与性能研究.docx

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学位论文作者签名:毯却铳 签字日期: 2p,f年 歹月 7日
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学位论文作者签名:重吱胡 名:勿冰
签字日期:2。tf年否月 7日 签字日期:加f f年舌月厂日
学位论文作者毕业去向:工作
工作单位:雀舾艇服伤有限么司 电话:f猖;镅f穆口
通讯地址:宅强天尊老校医≯矿如垒 邮编: ≯;∞W
居里温度高于室温的稀磁半导体。这类材料结合了光效应和磁效应,可以用来制作自旋发光二极管、自旋极化太阳能电池和磁光开关等器件,这将为信息技术带来革命性的变化。
本文采用脉冲激光沉积技术(PLD),在单晶Si(100)衬底上制备出高c轴取向的 ZnAlCoO薄膜,系统研究了不同A1、Co含量薄膜的结构、光学和磁学性能,并就制备工艺进行了探索,优化了工艺条件,主要研究内容如下:
l、XRD谱线分析表明,所有ZnAlCoO薄膜都具有六角纤锌矿结构,且沿(002) 方向择优生长。实验表明,薄膜厚度对ZnO层结晶有很大的影响,适当的ZnO层厚度, 可以获得高结晶质量的ZnO薄膜。分析还表明,在ZnAICoO薄膜中,AI、Co含量存在一个最佳比值,使得薄膜具有最好的结晶质量。
2、采用光致发光(PL)光谱手段系统研究了样品的发光特性。PL谱分析表明,Co 含量的增加导致薄膜的发光谱线发生明显变化,薄膜的缺陷发光峰增强,薄膜中除了本
征缺陷%、Vo和Zno之外,还出现一定浓度的Zni缺陷。同时实验发现,高浓度的Al掺
杂,导致薄膜可见发光峰强度增强,其中,V孙Zni的可见发光峰强度具有明显的增强
效应。
3、磁性测量表明,所有样品中都出现缺陷诱导的室温铁磁性。其中,Vzn和Zni两种缺陷对磁性的影响最大。分析表明,VzII浅受主缺陷态与Co的3d电子轨道杂化是形成铁磁性的主要原因。同时实验发现,Zni施主缺陷通过影响与Co的3d电子态之间的电子跃迁数量对磁性产生影响。
4、系统研究了H退火对样品结构和性能的影响。XRD谱线分析表明,H气氛处理之后,薄膜结晶质量变好。同时PL谱测试表明,H退火之后, ZnAICoO薄膜的紫外发光峰得到增强。而对于高浓度Al掺杂的样品,H退火明显地抑制了可见光谱区域的缺陷峰强度。磁测量表明,样品在H处理之后仍然具有室温铁磁性,H退火处理减少了样品中的缺陷,导致样品的饱和磁化强度减小。实验发现,对于掺Co的ZnO薄膜,,对ZnO薄膜磁性产生影响。关键词:ZnO薄膜:结构;光致发光;磁性;H退火
ic properties of films with different A1,Co contents were systematically investigated,and the preparation technology was explored,process condition was main contents are listed bdow:
spectra demonstrates all the ZnAICoO films are hexagonal wurtzite
structure with preferential growth along(002) shows that the film thickness has a great impact on the crystal quality of appropriate thickness,high crystalline ZnO films can be addition,the analysis indicates that ZnAlCoO films have the best crystalline quality when the ratio of AI, Cocontentisoptim