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Zn_(0.98)Co_(0.02)O/PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3异质结的制备及其磁性能研究

作　者: 彭雄俊
导　师: 王金斌
学　校: 湘潭大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 稀磁半导体 铁电体 异质结 铁磁性 脉冲激光沉积
分类号: TN304
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


采用脉冲激光沉积（PLD）方法制备了Zn0.98Co0.02O薄膜,研究了Zn0.98Co0.02O薄膜铁磁性的起源。在此基础上,利用PLD方法制备了Zn0.98Co0.02O/PbZr0.52Ti0.48O3稀磁半导体/铁电体异质结,探讨了电场对Zn0.98Co0.02O/PbZr0.52Ti0.48O3异质结铁磁性的调制。主要的研究内容与结果如下:1、Zn0.98Co0.02O薄膜的制备与铁磁性研究采用PLD方法分别在450、550和650oC衬底温度（Ts）下制备了Zn0.98Co0.02O薄膜。利用X射线衍射（XRD）、磁力显微镜（MFM）、超导量子干涉仪（SQUID）和扩展X射线精细吸收（EXAFS）等方法表征和分析了薄膜的成份、磁性能和Co离子在ZnO母体中的局域结构,探讨了Zn0.98Co0.02O薄膜的铁磁性起源。MFM结果表明所制备的Zn0.98Co0.02O薄膜不存在明显的磁杂质;SQUID分析表明Zn0.98Co0.02O薄膜的室温铁磁性随着衬底温度升高而减弱;扩展X射线精细结构吸收分析结果发现,随着衬底温度的升高,Co的精细结构由替位形式的Zn（Ts<650oC）转变为Co3O4杂相（Ts≥650oC）。最后,采用了束缚磁极子模型解释了Zn0.98Co0.02O薄膜的铁磁性起源。2、Zn0.97Al0.03O缓冲层对Zn0.98Co0.02O薄膜铁磁性的影响选用Zn0.97Al0.03O作为缓冲层,采用PLD方法在450、550和650oC衬底温度下制备了Zn0.98Co0.02O薄膜。扫描探针显微镜I-V测试结果表明Zn0.97Al0.03O缓冲层的电阻约为155?;MFM研究结果表明Zn0.97Al0.03O缓冲层没有明显的磁杂质;SQUID的结果说明Zn0.97Al0.03O缓冲层可以提高Zn0.98Co0.02O薄膜的铁磁性。最后,采用束缚磁极子模型解释了Zn0.97Al0.03O缓冲层对Zn0.98Co0.02O薄膜铁磁性的增强机制。3、Zn0.98Co0.02O/PbZr0.52Ti0.48O3异质结的制备及其铁磁性的电场调制以Zn0.97Al0.03O为缓冲层,采用PLD方法在20、50和200mTorr氧气压强下制备了Zn0.98Co0.02O/PbZr0.52Ti0.48O3稀磁半导体/铁电体异质结。XRD测试结果表明,随着氧气压强的增大,异质结的结晶性增强;MFM结果表明,异质结中出现了室温铁磁性的条形磁畴;压电力响应显微镜（PFM）测试结果说明,Zn0.98Co0.02O/PbZr0.52Ti0.48O3异质结具有良好的压电性;通过SQUID观察到了异质结铁磁性的电场调制效应,探讨了其调制机理。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-19
  1.1 自旋电子学的概述  8-9
  1.2 ZnO 基稀磁半导体  9-14
    1.2.1 ZnO 的基本性质  9
    1.2.2 ZnO 基稀磁半导体的研究进展  9-14
  1.3 磁性的电场调制  14-16
  1.4 PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3 铁电体简介  16-18
  1.5 本论文的选题依据与主要内容  18-19
第2章 Zn_(0.98)Co_(0.02)O/PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3异质结的制备方法与表征手段  19-28
  2.1 Zn_(0.98)Co_(0.02)O/PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3 异质结的制备方法  19-22
    2.1.1 脉冲激光沉积方法的原理  19-21
    2.1.2 PLD-5000 系统  21-22
  2.2 异质结的表征手段  22-28
    2.2.1 原子力显微镜(AFM)  22-23
    2.2.2 磁力显微镜(MFM)  23-24
    2.2.3 压电力显微镜(PFM)  24-25
    2.2.4 导电原子力显微镜(C-AFM)  25
    2.2.5 X 射线精细吸收(XAFS)  25-26
    2.2.6 超导量子干涉仪(SQUID)  26
    2.2.7 扫描电子显微镜(SEM)  26-27
    2.2.8 X 射线衍射(XRD)  27-28
第3章 Zn_(0.98)Co_(0.02)0 薄膜的制备与铁磁性能的研究  28-36
  3.1 Zn_(0.98)Co_(0.02)0 薄膜的制备  28-29
  3.2 Zn_(0.98)Co_(0.02)0 薄膜的实验结果与讨论  29-34
    3.2.1 Zn_(0.98)Co_(0.02)0 薄膜的实验表征  29
    3.2.2 晶体结构测试与结果  29-30
    3.2.3 磁性测试与结果  30-32
    3.2.4 Co 的K 边精细结构的测试与结果  32-34
  3.3 Zn_(0.98)Co_(0.02)0 薄膜铁磁性起源研究  34
  3.4 本章小结  34-36
第4章 Zn_(0.97)Al_(0.03)O 缓冲层对Zn_(0.98)Co_(0.02)0 薄膜磁性能的影响研  36-42
  4.1 Zn_(0.97)Al_(0.03)O 缓冲层和Zn_(0.98)Co_(0.02)0 薄膜的制  36-37
  4.2 Zn_(0.97)Al_(0.03)O 缓冲层和Zn_(0.98)Co_(0.02)0 薄膜实验结果与讨  37-40
    4.2.1 Zn_(0.97)Al_(0.03)O 缓冲层和Zn_(0.98)Co_(0.02)0 薄膜测试手段与设  37
    4.2.2 Zn_(0.97)Al_(0.03)O 缓冲层的导电性测试与结果  37-38
    4.2.3 Zn_(0.97)Al_(0.03)O 缓冲层的磁畴测试与结果  38
    4.2.4 Zn_(0.98)Co_(0.02)0 薄膜的磁畴测试与结果  38-39
    4.2.5 Zn_(0.98)Co_(0.02)0 薄膜的磁性测试与结果  39-40
  4.3 Zn_(0.98)Co_(0.02)0 薄膜的磁性研究  40
  4.4 本章小结  40-42
第5章 Zn_(0.98)Co_(0.02)0/PbZr_(0.52)Ti_(0.48)0_3异质结的性能研究  42-50
  5.1 Zn_(0.98)Co_(0.02)0/PbZr_(0.52)Ti_(0.48)0_3 异质结的制备  42-43
  5.2 Zn_(0.98)Co_(0.02)0/PbZr_(0.52)Ti_(0.48)0_3 异质结实验结果与讨论  43-48
    5.2.1 Zn_(0.98)Co_(0.02)0/PbZr_(0.52)Ti_(0.48)0_3异质结的实验表征与设备  43
    5.2.2 晶体结构测试与结果  43-44
    5.2.3 形貌测试与结果  44
    5.2.4 铁电性测试与结果  44-45
    5.2.5 磁畴测试与结果  45-46
    5.2.6 电畴的测试与结果  46-47
    5.2.7 电场调制Zn_(0.98)Co_(0.02)0/PbZr_(0.52)Ti_(0.48)0_3 的磁性测试与结果  47-48
  5.3 电场调制Zn_(0.98)Co_(0.02)0/PbZr_(0.52)Ti_(0.48)0_3 的磁性的研究  48-49
  5.4 本章小结  49-50
总结与展望  50-52
参考文献  52-57
致谢  57-58
攻读硕士学位期间的论文发表情况  58

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料
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