Cr摻雜TiO-,2-、ZnO稀磁半導體的性能研究.pdf

1、摘要摘要自從在COT“102薄膜中發現了室溫鐵磁性以來，過渡族金屬元素摻雜氧化物稀磁半導體材料成為自旋電子學領域新的研究熱點。但是各研究組對于材料的室溫鐵磁性是否是內票屬性，以及鐵磁性的來源仍存在爭議。針對這些問題，本論文采用磁控濺射的方法制備了非晶Cr摻雜TiO2和多晶Cr摻雜ZnO稀磁半導體薄膜材料，并對其結構、成份及電磁輸運性能進行了系統的研究。對非晶Cr摻雜Ti仇稀磁半導體材料的研究表明:所有制備態的樣品都具有室溫鐵磁性Cr摻雜

2、濃度為5%的樣品，340K時飽和磁矩達到最大值3.21x10場BCr，居里溫度高于390K。通過對樣品的X射線衍射譜、X射線光電子能譜和磁性數據的分析，排除了第二相或金屬顆粒團簇對系統鐵磁性的影響，證實系統鐵磁性為內享鐵磁性。不同Cr摻雜濃度樣品的方塊電阻大于lolloc擴，光學帶隙在3.21eV3.28eV之間。500℃空氣退火后，樣品由非晶態轉變成多晶態，系統的鐵磁性消失。這說明薄膜的結構缺陷對鐵磁性有很大的影響，結構缺陷的存在有利

3、于系統鐵磁性的產生。為了驗證結構缺陷對系統鐵磁性的影響具有普遍性，實驗又制備了多晶Cr摻雜ZnO稀磁半導體體系。研究發現所有制備態的樣品都具有室溫鐵磁性，Cr摻雜濃度為1.1%的樣品，340K時飽和磁矩達到最大值6.5x10k武r，居里溫度高于390K。樣品的結構、成份及磁性的結果分析表明:Cr離子進入晶格替代Zn原子與氧化合，系統鐵磁性為內察鐵磁性。不同Cr摻雜濃度樣品的電阻率大于1護0cm，光學帶隙在3.23eV3.33eV之間。2

4、000C400℃真空退火處理后，薄膜的微觀結構得到改善，光學帶隙增大，但仍然保持絕緣，并且系統磁性減小。這一結果再次證明鐵磁性可以存在于高絕緣態、多缺陷的稀磁半導體材料中，目前現有的理論模型例如:以載流子作為媒質的類RKKY交換作用，雙交換作用，BMPs模型與FcenterBMPs模型都能解釋這種現象。因此我們認為薄膜的結構缺陷對材料的室溫鐵磁性有重要影響。關鍵詞:稀磁半導體室溫鐵磁性結構缺陷居里溫度Abstractdramatical

5、lyafterannealing.TheseresultsareunexpectedinlightofthecurrenttheoriesofferromagneticorderinginDMSssuchasRKKYdoubleexchangeexchangethroughboundmagneticpolarons(BMPs)andFcenterBMPs.Itisalsoshowsthatstructuraldefectsplayapr