射频磁控溅射制备zno基稀磁半导体薄膜工艺的研究

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1、天津理工大学硕士学位论文射频磁控溅射制备ZnO基稀磁半导体薄膜工艺研究姓名：张俊萍申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：陈希明20080101摘要随着现代信息技术的发展，稀磁半导体因其独特的性质而备受人们关注，它将自旋和电荷两个自由度集于同一基体，同时具备有磁性材料和半导体材料的特性，在自旋电子学以及光电子领域已经展现出非常广阔的应用前景，比如自旋阀、自旋二极管、稳定的存储器、逻辑器件和高速的光开关等等，‘因此，无论在理论上，还是在应用上，稀磁半导体材料都是一个值得深入研究的课题。本文讨论研究的主要工作为：1、对稀磁半导体的概念、研究进展和应用领域等进行介绍；2、为了制备了高质量的cr掺

2、ZnO薄膜，首先对ZnO薄膜的制备参数进行优化，研究了不同沉积功率、衬底温度、氩氧比、工作压强对ZnO薄膜沉积速率和生长的影响，在本征抛光硅片上沉积ZnO薄膜的最佳参数为：衬低温度400℃，靶距6cm，氩氧分压比9：4，功率170W，工作压强为1．5pa，，此时生长的ZnO薄膜结晶质量好i呈现高C轴取向。3、磁控溅射制备Cr掺杂ZnO薄膜，通过时间控制Cr的掺杂浓度，沉积出一组样品，对其进行热处理，采用X射线、扫描电镜、物理性质测量仪等对它们的结构和性质进行了检测和分析不断优化沉积条件，找出沉积Cr掺ZnO薄膜的最佳方案。最终得出Cr掺ZnO薄膜的最佳工艺参数如下：工作压强为1．5pa，衬底

3、温度为400℃，氩氧比为9：4，溅射功率为170W，直流电压为320V，直流电流为340mh。通过退火制备出的Zn。一，cr。O薄膜样品均呈现铁磁性，具有明显的磁滞现象，且Cr掺ZnO薄膜的浓度为2．10％时，薄膜的铁磁性和结晶都较好。关键词：Cr掺ZnO基稀磁半导体，射频磁控溅射，退火AbstractWiththedevelopmentofmodeminformationtechnology，dilutemagneticsemiconductorsattractmuchattitionbecauseofuniqueproperties．Ithastwosetsoffreedomdegree

4、s一-spinandchargeinthesamematrix，alongwithcharacteristicsofmagneticandsemiconductormaterials，showsaveryb．roadapplicationprospectsinelectronicsandphotonicsspinfields，suchasspinvalves，spindiodes，stablememory，logicdevicesandhigh-speedopticalswitchesandSOon．Sodilutemagneticsemiconductormaterialsisatopic

5、worthyofdeeplystudybotllintheoryandinapplication．Thispaper’Smainworkareasfollow：1，Theconceptofdilutedmagneticsemiconductor,researchprogressandapplicationfjeldsareintroduced．2，InordertogethighqualityCr-dopedZnOfilms，firstofall，optimizetheparameters，theeffectofdepositionpower,substratetemperature，the

6、ratioofargonoxygen，workingpressureondepositionrateandgrowthofZnOthinfilmhasbeenmade．ThebestparametersofZnOthinfilmonpolishedsiliconareasfollow：thesubstratetemperature400℃，therangefrom6cnl，theratioofargonoxygen，9：4，sputteringpower170W,workpressure，1．5pa．Inthissituation，ZnOthinfilmhasgoodcrystallizat

7、ionandshowshi．ghC—axisorientation．3，CrdopedZnOthinfilmspreparedbyMagnetronsputtering．DopingconcentrationCangainbycontrolingthetime．Agroupofsamplesneedheattreatment．UsingofX—rayandscanningelectronmicroscopy,