ZnO 基稀磁半导体材料中的铁磁行为意着可能制备出新型ZnO 透明铁磁性材料,这能够被应用于微电子技术领域,也意着该材料在微电子技术方面有着极大的影响,并存在广阔的应用前景,已成为当今材料科学研究中的一个热点。在自旋电子学中,自旋注入是实现半导体材料自旋电子器件的首要问题。制备室温铁磁半导体材料,是解决自旋注入问题的有效途径。目前,对于室温铁磁半导体,过渡金属掺杂的 ZnO 基稀磁半导体是主要研究方向。最近,采用磁性离子注入技术,发现的ZnO半导体在室温下具有铁磁有序性,推动了众多材料研究者对ZnO基稀磁半导体的广泛研究。其中关于Co掺杂ZnO的磁性研究已有诸多报导。近年来,许多国内外材料研究工作者都致力于研究Co掺杂ZnO基稀磁半导体的研究,并取得了巨大的进步。但实验发现,不同的制备方法、温度、气氛等都会引起磁性的变化,磁性对制备条件和制备方法等十分敏感,并且其铁磁性的来源还存在诸多争议。相关实验结果却千差万别,甚至相互矛盾。到目前为止,仍然没有任何公认的关于 ZnO 通过磁性掺杂获得内禀铁磁性的报导。所以,在本次课题中采用超声喷雾热解法制备了Co掺杂稀磁性ZnO薄膜样品,并采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和超导量子干涉(SQUID)等手段研究薄膜材料的结构特征和磁学性能,希望能探索薄膜铁磁性的来源,旨在为真正实现半导体中的室温铁磁性提供理论和实验依据。
1.3 ZnO晶体结构和物理特征
1.3.1 ZnO 的晶体结构
一般来说,ZnO是一种新型的II-VI族宽禁带化合物半导体材料,具有751角纤锌矿晶体结构,是一种传统的具有压电和光电特性的宽禁带直接带隙半导体材料。
ZnO的三种晶体结构:(a)岩盐结构;(b)闪锌矿结构;(c)纤锌矿结构
但是,在自然界中ZnO是有三种结构的[7]如图1-1所示:(a)四方岩盐结构、(b)闪锌矿结构和(c)纤锌矿结构。其中四方岩盐结构只有在高压条件下存在,而闪锌矿结构只有在立方结构的衬底表面上生长才能稳定存在,因此在这三种晶体结构中,纤锌矿结构稳定性是最高[8]。在自然条件下,ZnO是以纤锌矿结构存在的。理想的 ZnO 具有纤锌矿结构,具有751方对称性,在许多生长条件下,表现为 n型。其晶格常数实验值 a = b =0.325 , c = 0.521 , α=β= 90°, γ= 120°, 其中c/a 为1.602 ,比理想的751角柱紧堆积结构的1.633稍小。c 轴方向的Zn -O 键键长为0.1992 ,其他方向的Zn -O 键键长为0.1973 ,Zn 的751角密堆积和O的751角密堆积在c 轴方向反向嵌套,Zn 原子位于四个相邻O 原子形成的四面体间隙中,O原子的排列与Zn相似 Co掺杂稀磁性ZnO薄膜的制备(3):http://www.751com.cn/cailiao/lunwen_38120.html