文档介绍：山东大学
博士学位论文
高过渡族元素掺杂ZnO基磁性半导体研究
姓名:张云鹏
申请学位级别:博士
专业:凝聚态物理
指导教师:颜世申;梅良模
20081225
摘要作为一种具有丰富物理内涵和重要应用前景的新型电子材料;磁性半导体己成为自旋电子学这个新领域的研究热点。,如,,琓琙珿琒鹊玫降摹D壳肮噬系难芯咳鹊主要集中在寻找具有室温铁磁性的磁性半导体材料并探讨产生铁磁性的根源。在作,率先发现了铁磁性,但其居里温度太低壳白罡弑ǖ牢,限制了其基磁性半导体就引起了研究者们的广泛关注。到目前为止,虽然人们对磁性半导体的微结构、磁性、电子输运、磁电阻、光学、磁光等性质都作了一些研究,然源是争论的焦点。研究者认为磁性可能来源于载流子诱导的交换作用、双交换作的溶解度普遍比较低,容易形成磁性杂质相。在磁性半导体中,由于琍载流流子诱导铁磁性,这种机理成功地解释了琈等低居里温度磁性半导输运机理不清楚等诸多问题。本论文工作包括制备和掺杂椅麓判半导体,对其磁性、输运、磁光等性质进行了研究,并对氧化物磁性半导体的磁元素含量的判园氲继灞∧ぁV谒苤#勺褰鹗粼K卦谘趸镏械溶解度都比较低,因此很难在热力学平衡态下实现氧化物中高浓度掺杂过渡族元素,形成单一相,而不出现像过渡族金属颗粒等这类杂相析出。我们在水冷的玻璃衬底上,。和判园氲继宸矫妫琌热俗隽舜罅靠4葱缘墓在室温的应用。自从热嗽诶砺凵显ぱ訸基磁性半导体的居里温度高于室温,而来自不同研究组的结果很不一致,甚至互相矛盾。氧化物磁性半导体的磁性起用等内禀的机制,也有可能是由铁磁性杂质相引起的,因为过渡元素在半导体中子与掺杂过渡元素的局域的缱又洳换蛔饔茫佣奶判猿莆T体的磁性起源。但是高居旱温度氧化物磁性半导体中磁性的起源仍不明确。同时,氧化物磁性半导体中还存在掺杂量较低、饱和磁化强度较低、高温磁电阻很小、性起源、输运机理等问题进行了初步探讨,获得了如下有意义的实验结果。我们用交替溅射过渡族元素层与愕姆椒ㄖ票噶烁吖勺褰鹗山东大学博士学位论文
的电阻与温度关系均满足艘乃/丁%/一男问健T贓变程跃迁导电线衍射和透射电子显微镜等结构测量表明,样品中并没有过渡元素金属相析出,采用这种特殊的交替溅射的镀膜方法,可以得到室温下具有铁磁性的磁性半导体材料,这为磁性半导体的研究提供了一种新的有效的材料制备方法。后期热处理、材料的结构、磁性、输运特性和磁光效应。结果表明,所获得的薄位作为施主缺陷将束缚一个电子,由于电子与磁性离子之间交换作用形成束缚磁原子单层。这样,利用表面的粗糙度和原子间相互扩散,过渡元素与舜扩散,形成均一的相。所研究的过渡族元素包括和。从而解决了判园氲继逯懈吲ǘ炔粼庸稍K氐奈侍狻N颐堑慕峁砻鳎系统研究了虵磁性半导体薄膜,包括制备工艺、膜样品具有高的居里温度、高饱和磁化强度,并证明样品为本征的磁性半导体。在逑抵校琗射线磁圆二色谱表明醒趸腃τ诟咦孕并对磁性有贡献,同时,结构测量表明样品中并没有其他铁磁性杂相,因而磁性来源于本征的判园氲继濉4判圆饬勘砻鳎肪哂惺椅绿判裕里温度高于室温。样品在室温和低温都有很高的饱和磁化强度,典型样品的饱和磁化强度在和时分别为./。在逑抵校⑾至耸椅绿磁性,并且居罩温度高于室温,具有高的饱和磁化强度,典型样品样品的饱和磁化强度在和分别为/疐。用改进的P徒馐土舜判园氲继宓拇判云鹪础Q分醒蹩极化子,束缚磁极化子之间通过交迭区域的磁性离子相互作用,形成长程的铁磁序。而弱局域的电子随局域长度增加,等效于类氢半径增加,从而提高了材料的居罩温度和饱和磁化强度。用改进的P涂梢杂行У囟訡体系的磁性和输运特性的实验结果进行有效的理论解释,⑾植煌返膌与均呈线性关系,并且在不同的磁场下,有不同的斜率和截距;⑾植煌煞盅//疐/山东大学博士学位论文
角得到显著增强,克尔角最大值达到#却緾∧ぁ疌嗖隳ず蚉畑模型基础上,我们建立了考虑库仑相互作用、载流子之间自旋一自旋交换作用和硬带能的统一模型,成功地解释了判园氲继逯泄鄄斓降牡缱邮湓讼窒蟆另外,室温下制备态的判园氲继逯谢狗⑾至舜蟮母捍诺缱瑁—虵甖中磁电阻分别为%⑾滞ü调制成分和退火处理,可以大幅度调制极向克尔谱。退火后样品的磁光克尔旋转合金的克尔角都要大。。在磁性半导体中得到如此大的室温磁光效应,到目前为至还未见其它研究组报道。ü芯抗舱癯∷娲懦的变化关系,得