磁控溅射法制备钴掺杂氧化锌薄膜室温磁学性质

钴掺杂氧化锌是室温稀磁半导体的重要候选材料,其磁学特性和钴掺杂浓度、显微结构及光学性质密切相关。磁控溅射具有成本低、易于大面积沉积高质量薄膜等特点,是广受关注的稀磁半导体薄膜制备方法。利用磁控溅射方法制备了不同浓度的钴掺杂氧化锌薄膜,并对其显微结构、光学性质和磁学特性进行了系统分析。结果表明:当掺杂原子分数在8%以内时,钴掺杂氧化锌薄膜保持单一的铅锌矿晶体结构,钴元素完全溶解在氧化锌晶格之中;薄膜在可见光区域有很高的透射率,但在567, 615和659 nm处有明显吸收峰,这些吸收峰源于Co2+处于O2-形成的四面体晶体场中的特征d-d跃迁。磁学特性测试结果表明钴掺杂氧化锌薄膜具有室温铁磁性,且钴的掺杂浓度对薄膜的磁学特性有重要影响。结合薄膜结构、光学和电学性质分析,实验中观察到的室温铁磁性应源于钴掺杂氧化锌薄膜的本征属性,其铁磁耦合机理可由束缚磁极化子模型进行解释。     

磁控溅射法制备钴掺杂氧化锌薄膜室温磁学性质

钴掺杂氧化锌是室温稀磁半导体的重要候选材料,其磁学特性和钴掺杂浓度、显微结构及光学性质密切相关。磁控溅射具有成本低、易于大面积沉积高质量薄膜等特点,是广受关注的稀磁半导体薄膜制备方法。利用磁控溅射方法制备了不同浓度的钴掺杂氧化锌薄膜,并对其显微结构、光学性质和磁学特性进行了系统分析。结果表明：当掺杂原子分数在8%以内时,钴掺杂氧化锌薄膜保持单一的铅锌矿晶体结构,钴元素完全溶解在氧化锌晶格之中;薄膜在可见光区域有很高的透射率,但在567, 615和659 nm处有明显吸收峰,这些吸收峰源于Co2+处于O2-形成的四面体晶体场中的特征d-d跃迁。磁学特性测试结果表明钴掺杂氧化锌薄膜具有室温铁磁性,且钴的掺杂浓度对薄膜的磁学特性有重要影响。结合薄膜结构、光学和电学性质分析,实验中观察到的室温铁磁性应源于钴掺杂氧化锌薄膜的本征属性,其铁磁耦合机理可由束缚磁极化子模型进行解释。     

铬掺杂氧化锌薄膜的超声喷雾法制备及其光学与磁学性质

用注射超声喷雾法将前驱体由针管直接送入超声喷头内,在石英基板上制备Zn_(1-x)Cr_xO(x=0.0,0.01,0.03,0.05)薄膜。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、荧光光谱仪、紫外-可见分光光度计、振动样品磁强计(VSM)等对薄膜的结构、光学和磁学性质进行测量。实验结果表明,未掺杂的ZnO薄膜为六角纤锌矿结构,沿着c轴(002)择优取向,而Cr掺杂抑制了薄膜的c轴择优取向性;掺杂后的薄膜平均晶粒尺寸均增大,且当x=3%时,晶粒尺寸最大,达31.4nm。扫描电镜(SEM)下薄膜呈球形颗粒状,并且在x=5%下,薄膜出现了长条状的微观形貌。Cr掺杂使样品的光致发光谱(PL)发生了很大的变化:未掺杂的样品的PL谱在378nm处存在一个紫外发射峰,对应于550nm附近还存在一个由于缺陷态引起的绿光发射峰;掺Cr样品只有在350~550nm的很宽的范围内存在一个发射峰,对其进行高斯拟合后,发现掺Cr量为x=1%,3%,5%下样品均存在V_(Zn)(锌空位)、Zn_i(Zn间隙位)、V_(Zn)~-(带一个电子的锌空位)内部缺陷态,且当x=3%时,V_(Zn)最多。Cr的掺杂使得薄膜的带隙增大,并且x=3%时,禁带宽度最大,达到3.374eV。掺Cr的三个样品均具有室温铁磁性,且x=3%样品的磁化强度最大,其与V_(Zn)(锌空位)最大相对应,验证了Cr~(3+)和V_(Zn)的缺陷复合体是ZnO∶Cr样品具有稳定的铁磁有序的最有利条件的理论预测。     

钴掺杂二氧化锡纳米粉的光致发光和磁学性质

研究了钴掺杂对二氧化锡纳米粉的光致发光性质和磁学性质的影响,发现钴掺杂对发光带的位置影响很小,但紫外发光带与蓝色发光带的强度之比随掺杂含量的增加而下降.当钴掺杂含量达到0.02时,样品中的铁磁性被完全破坏.讨论了样品中的磁相互作用的机理,认为掺杂离子的不均匀分布、自旋极化子与掺杂离子之间的耦合都可能导致反铁磁性的相互作用,这种反铁磁性的作用破坏了铁磁性. 关键词： 钴掺杂二氧化锡 光致发光 磁学性质     

PLD法制备钴掺杂的氧化锌薄膜及其生长形貌和光学性能

用脉冲激光沉积(PLD)方法,在蓝宝石(0001)衬底上,制备了高度c轴取向的Zn1-xCoxO(x=0,0.02,0.05,0.07,0.1)薄膜。X射线衍射(XRD)分析表明,当钴掺杂量≤10mol%时没有出现其他杂峰,即没有出现分相。XPS分析显示Co离子在薄膜中以+2价的形式存在。进一步验证Co2+离子进入ZnO的晶格,对掺钴浓度不同的样品进行了UV-Vis吸收光谱测量。从UV-Vis吸收光谱可以看出随着掺杂浓度的增加,带隙逐渐变窄,证明Co2+取代了Zn2+而进入了ZnO晶格中。从原子力显微镜(AFM)形貌表征可以看出,随着钴掺杂量的提高,ZnO薄膜的表面起伏度有所减小,而且生长晶粒细化,从生长动力学的角度对生长形貌的改善进行了解释。     

磁控溅射制备铬薄膜的结构和光电学性质(英文)

用直流磁控溅射技术在石英基片上制备不同厚度(5nm～114nm之间)的铬膜.使用X射线衍射仪和分光光度计分别检测薄膜的结构和光学性质,利用德鲁特模型和薄膜的透射、反射光谱计算铬膜的厚度和光学常量,并采用Van der Pauw方法测量薄膜电学性质.结果表明:制备的铬薄膜为体心立方的多晶态,随着膜厚的增加,薄膜的结晶性能提高,晶粒尺寸增大;在可见光区域,当膜厚小于32nm时,随着膜厚的增加,折射率快速减小,消光系数快速增大,当膜厚大于32nm时,折射率和消光系数均缓慢减小并逐渐趋于稳定;薄膜电阻率随膜厚的增加为一次指数衰减.     

表面活性剂和n型载流子对钴掺杂氧化锌薄膜铁磁性的双重调控

本文提出了一种利用表面活性剂钝化和电子载流子掺杂来调制钴掺杂氧化锌稀磁半导体薄膜固有铁磁性的"双重操纵效应"新方法.第一性原理计算表明,氢表面钝化作为薄膜表面Co-O-Co磁耦合的磁开关,可以控制掺杂钴原子的自旋极化.同时,电子载流子掺杂可以进一步用作类层状铁磁性媒介来调节薄膜内部原子层的铁磁性.该双重操纵效应揭示了n型钴掺杂氧化锌稀磁半导体薄膜的本质铁磁性来源,并且还有可能用作其他n型稀磁半导体氧化物薄膜增强铁磁性的替代策略.     

射频磁控溅射法制备ZnO薄膜的发光特性

利用射频磁控溅射法在硅衬底上制备出具有（002）择优取向的氧化锌薄膜，用波长为300nm的光激发，观察到在446nm处有一强的光致发光峰，它来自于氧空位浅施主能级上的电子到价带上的跃迁。并讨论了发光峰与氧压的关系以及退火对它的影响，且给出了解释。     

磁控溅射制备铬薄膜的结构和光电学性质

用直流磁控溅射技术在石英基片上制备不同厚度(5 nm~114 nm之间)的铬膜.使用X射线衍射仪和分光光度计分别检测薄膜的结构和光学性质,利用德鲁特模型和薄膜的透射、反射光谱计算铬膜的厚度和光学常量,并采用Van der Pauw方法测量薄膜电学性质.结果表明:制备的铬薄膜为体心立方的多晶态,随着膜厚的增加,薄膜的结晶性能提高,晶粒尺寸增大;在可见光区域,当膜厚小于32 nm时,随着膜厚的增加,折射率快速减小,消光系数快速增大,当膜厚大于32 nm时,折射率和消光系数均缓慢减小并逐渐趋于稳定;薄膜电阻率随膜厚的增加为一次指数衰减.     

原子层沉积制备氧化锌纳米薄膜的光学性质研究

采用原子层沉积技术(ALD),以二乙基锌和水为前驱体,在衬底温度分别为110和190 ℃的条件下制备了致密的氧化锌纳米薄膜。采用X射线光电子能谱,荧光光谱和椭偏仪等表征手段对薄膜的成分和光学性质进行了研究。结果表明,随着沉积温度的增加,氧化锌薄膜内—OH含量降低,说明氧化锌薄膜生长过程中的化学反应更加完全;另外,沉积温度增加后,薄膜在365 nm处的激子发射峰出现了明显的增强,同时可见光区的荧光发射峰消失,表明薄膜内的缺陷态减少。随着成膜质量的提高,氧化锌薄膜的电子迁移率从25提高至32 cm2·(V·S)-1。椭偏测量的拟合结果表明,在375～800 nm的波长范围内,氧化锌薄膜的折射率逐渐从2.33降至1.9,呈现出明显的色散现象;另外,不同温度下制备的氧化锌薄膜光学带隙均为3.27 eV左右,这说明沉积温度对薄膜的带隙没有明显影响。     

用电化学沉积方法制备钴掺杂的氧化锌薄膜及其光学性质

通过选用乌洛托品作为络合剂,采用电化学沉积的方法成功地制备出钴掺杂的氧化锌薄膜。通过对样品的XRD表征,得出生长的样品为ZnO纤锌矿结构,并没有其他杂相峰,即没有出现分相;通过对样品XPS的分析显示Co离子在薄膜中以+2价的形式存在;为进一步验证Co²⁺离子进入ZnO的晶格,对掺杂不同Co²⁺浓度的样品进行PL谱的测量,从发光光谱上可以看出随着掺杂Co²⁺浓度的增加,带隙逐渐变窄,发光峰位红移,证明Co²⁺部分取代了Zn²⁺而进入了ZnO晶格中。     

氮掺杂氧化锌薄膜的光电特性

采用气体反应电子束蒸发法,氨气氛下在玻璃上沉积了氮掺杂氧化锌(ZnO)薄膜。AFM观察发现氨气氛下生长的氮掺杂氧化锌薄膜表面比未掺杂样品的粗糙度略高,且随氨气压的增加粗糙度也随之增加,这可能与氨气氛对ZnO生长表面的轻微腐蚀作用有关,但表面依然比较平整。XRD分析显示,(0002)衍射峰位没有发生移动,但是氮掺杂后衍射峰的线宽比未掺杂样品稍有增加,衍射峰的半峰全宽由非掺杂ZnO的0.261°增加到0.427°。氧化锌掺氮后电阻率提高了4~7个数量级,达到了降低ZnO中电子浓度的目的。     

Ga-Ti共掺杂ZnO薄膜的制备及其光电性能

采用ZnO:Ga2O3:TiO2为靶材,在玻璃衬底上射频磁控溅射制备了多晶Ga-Ti共掺杂ZnO(GTZO)薄膜,通过XRD、四探针、透射光谱测试研究了生长温度对薄膜结构和光电性能的影响.结果表明:所制备的薄膜具有c轴择优取向,光学带隙均大于本征ZnO的禁带宽度.当生长温度为620K时GTZO薄膜的结晶质量最佳、电阻率最低、透射率最大、品质因数最高.     

MOCVD方法生长的氧化锌薄膜及其发光特性

近年来,随着近紫外光发射氧化锌薄膜研究的进展,许多先进的薄膜生长手段被广泛采用。本文探索了用MOCVD方法在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法,试验了用几种不同的有机金属源生长ZnO薄膜;研究了源材料及生长压力和温度对薄膜生长的影响;观察了样品的室温光致发光光 谱。通过与溅射方法生长的ZnO薄膜的比较,提出了影响材料结构和发光特性的可能原因。     

离子束增强沉积制备p型氧化锌薄膜及其机理研究

采用离子束增强沉积方法在Si和SiO₂/Si衬底上制备In-N共掺杂ZnO薄膜(INZO)，溅射靶是用ZnO和2 atm% In₂O₃粉体均匀混合并压制而成，在氩离子溅射ZnO靶的同时，氮、氩混合离子束垂直注入沉积的薄膜.实验结果显示INZO薄膜具有(002)的择优取向，并且为p型导电，电阻率最低为0.9Ωcm.薄膜在氮气、氧气气氛下退火，对薄膜的结构和电学特性与成膜和退火条件的关系进行了分析. 关键词： 氧化锌薄膜 p型掺杂 离子束增强沉积     

磁控溅射法制备钛掺杂WO3薄膜结构和性能的研究

采用中频孪生非平衡磁控溅射技术制备钛掺杂WO_3薄膜。运用X射线衍射(XRD),拉曼光谱、紫外分光光度计、计时安培分析仪和原子力显微镜(AFM)等测试手段分析了钛掺杂WO_3薄膜的结构和光学性能。实验结果表明,掺杂后的薄膜在相同的热处理条件下晶化程度降低,晶粒细化,离子抽出和注入的通道大大增多,钛掺杂原子数分数0．051的着色响应速度提高,循环寿命提高了4倍以上,但着色后透射率下降。     

掺杂和未掺杂氧化锌薄膜的拉曼光谱

利用拉曼光谱分别对不同衬底上,未掺杂和掺杂以及掺杂浓度不同的ZnO薄膜进行了系统的分析研究。其中ZnO薄膜均由溶胶-凝胶法制得,掺杂源为LiCl。测得的拉曼光谱显示,Pt/Ti/SiO2/Si衬底上生长的ZnO薄膜的拉曼特征峰(437cm-1)的强度明显高于SiO2/Si衬底上ZnO薄膜的拉曼特征峰的强度,说明Pt/Ti/SiO2/Si衬底上ZnO的晶化程度比SiO2/Si上ZnO的晶化程度高;但ZnO拉曼特征峰的位置和半高宽并没有发生变化,说明两种衬底上ZnO薄膜中应力大小没有发生变化。掺Li+后,580cm-1处的峰位向高频方向移动,且掺杂浓度越大频移量越大,说明掺杂已经在不同程度上引起了ZnO晶体中自由载流子浓度的变化。此外,还分析了掺Li+未在很大程度上引起ZnO晶格畸变的原因。     

硫化铋微晶掺杂薄膜的制备及光学性能的研究

用溶胶－凝胶法能够有效地制备含０．５％的具有量子尺寸效应的Ｂｉ２Ｓ３微晶掺杂硅薄膜。薄膜的室温透射光谱发现，在５００℃热处理时，随着热处理时间的延长，薄膜的特征透射谱谷会发生向长波方向的移动，作者认为这样的移动于量子尺寸效应。本文还报道了在ＹＡＧ强激光的作用下能够观察到薄膜样品所产生的倍频信号，并讨论了产生倍频的原因。     

第一性原理计算和Monte Carlo算法耦合对共掺杂稀磁半导体磁学性质的研究

将第一性原理计算和Monte Carlo算法耦合,对共掺杂稀磁半导体进行模拟,预测其磁学性质,并与同种过渡金属原子单掺杂稀磁半导体相比较进行分析.首先用第一性原理计算掺杂原子间的磁相互作用强度,作为后面Monte Carlo模拟的输入参数;然后利用Monte Carlo方法结合海森堡自旋模型和磁相互作用强度来模拟体系热力学磁化强度和磁化率,由此得到居里温度;用同样的方法模拟掺杂磁性体系的磁滞回线.计算结果显示,对应于掺Co、Al-Co、Fe、Al-Fe的ZnO基稀磁半导体的居里温度分别为346 K、450 K、743 K、467 K,与实验值很吻合;模拟这四种掺杂情况得到的磁滞回线也很符合理论分析和实验结果,且呈现和居里温度相同的变化规律.     

溶胶-凝胶法制备Zn1-xMgxO薄膜及其发光性质

采用溶胶-凝胶工艺在玻璃衬底上制备了Zn1-xMgxO(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7)薄膜。X射线衍射(XRD)谱测试结果发现:在0.10.3时出现MgO立方相。薄膜光致发光谱研究表明紫外发光峰随Mg含量的增加向短波方向移动,且随着退火温度的升高发生明显蓝移,禁带宽度增大。但是退火温度为590℃的样品较560℃样品的发光峰出现红移。