Cu掺杂ZnO薄膜结构及性能的研究

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1、吉耆丈曇硕士学位论文Cu掺杂ZnO薄膜结构及性能的研究郝嘉伟二0—四年五月分类号密级公开UDC单位代码吉耆丈曇硕士学位论文Cu掺杂ZnO薄膜结构及性能的研究StudyoftheStinctureandPropertyoftheCu-dopedZnOFilms研究生姓名指导教师副指导教师郝嘉伟赵鹤平学科专业研究方向凝聚态物理新型薄膜材料制备与应用提交论文日期年月曰文答辩日期年月曰答辩委员会主席论文评阅人二0—四年五月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论

2、文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得吉首大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对木研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：吋间：年月日关于论文使用授权的说明本人完全了解吉首大学有关保留、使用学位论文的规定，BP：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影卬、缩卬或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意吉首大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。（保密的学位论文在解密后应遵守此协议）研究生签名:时间：年月H导师签名:

3、时间：年月口摘要iABSTRACTii第1章绪论11.1引言11.2ZnO薄膜的结构与基本特性11.2.1ZnO的晶体结构11.2.2ZnO的基本性质21.3掺杂ZnO薄膜的研究31.3.1ZnO的n型掺杂41.3.2ZnO的p型掺杂51.3.3ZnO的磁性掺杂91.4ZnO薄膜的应用111.5选题依据及研究内容131.5.1选题背景131.5.2主要研究内容13第2章ZnO薄膜的制备方法及表征手段152」薄膜的制备方法152.1.1磁控溅射法152.1.2金属有机化学气相沉积法172.1.3溶胶一凝胶法172.1.4脉冲激光沉积法172.1

4、.5分子束外延法182.2表征设备182.2.1X射线衍射仪182.2.2紫外一可见分光光度计192.2.3扫描电子显微镜192.2.4霍尔测试仪202.2.5超导量子干涉仪21第3章Cu掺杂ZnO薄膜结构及光电性能研究233.1实验方法233.2结果与讨论23第I页3.2.1结构分析233.2.2光学特性分析263.2.3电学特性分析273.3结论29第4章缓冲层和不同气氛下退火对Cu掺杂ZnO薄膜磁性的影响304.1实验304.2结果与分析314.2.1结构分析314.2.2电学特性分析344.2.3磁性分析354.3结论36结束语37致

5、谢39参考文献40作者在学期间取得的学术成果46第II页表目录表1.1本征ZnO晶体的物理参数(300K)3表3」Ar:O2=6:l时不同Cu溅射功率下ZCO薄膜的XRD参数25表3.2Ar:O2=2:l时不同Cu溅射功率下ZCO薄膜的XRD参数26表3.3不同氮氧比薄膜的电学性能28表4.1五组样品的制备参数31表4.2样品的XRD参数32表4.3样品中Cu与A1的含量32表4.4样品的霍尔测试结果34表4.5样品的单位原子磁矩与矫顽力35图目录图1.1ZnO的三种晶体结构示意图2图1.2ZnO的纤锌矿结构示意图2图1.3富锌和富氧条件下Z

6、nO中儿种缺陷的形成能随费米能级的变化4图1.4ZnO中本征缺陷以及杂质能级5图1.5磁性半导体、稀磁半导体、非磁性半导体9图1.6BMP模型示意图10图2.1溅射的基木原理图15图2.2磁控溅射原理图16图2.3JGP-450A型磁控溅射系统17图2.4晶体对X射线的衍射示意图18图2.5双路分光光度计原理图19图2.6扫描电子显微镜的结构及原理图20图2.7Hall效应示意图21图2.8超导量子干涉仪构造简图22图3」Ar:O2=6:l时不同Cu掺杂浓度的XRD图谱及局部放大图24图3.2Ar:O2=2:l时不同Cu掺杂浓度的XRD图谱2

7、5图3.3Ar:O2=6:l时不同Cu掺杂浓度的薄膜透射图26图3.4Ar:O2=2:l时不同Cu掺杂浓度的薄膜透射图27图3.5薄膜电阻率随Cu溅射功率变化图28图4」样品的XRD谱及(002)峰的局部放大图32图4.2样品的扫描电镜图34图4.3室温下样品的磁滞回线35第II页摘要ZnO是继GaN之后的新型半导体材料，具有3.37eV的禁带宽度以及高达60meV的激子束缚能，其自身性质决定了它在光电、声电、压电领域的广泛应用。近年来，随着巨磁阻效应的发现，稀磁半导体(DilutedMagneticSemiconductors-DMSs)材

8、料开始得到人们的重视，2000年，Dietl等人从理论上预言ZnO有可能成为居里温度高于室温的稀磁半导体材料，由此掀起对ZnO基稀磁半导体的研究热潮。木文通过直流一