热氧化温度对Cr和N共掺ZnO薄膜结构及性能的影响

Ｋ ａ ｔ ａ ｙ ａ ｍ ａ ［ “ 进一步 提出利 用过渡金属和非釜） 素共 掺可使受
主能级与施主能级的排斥作用降低 ， 即过渡金属与非金属元素共 掺杂也将成为一种有效改善掺杂Ｚ ｎ Ｏ 体 系的光 电、 光磁 陛质的方
法［ １ ２ 。 Ｉ
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２ ｅ （ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ ）
图 １ 不 同热氧 化温度获得 的Ｚ ｎ Ｏ： （ Ｃ ｒ 。 Ｎ ） 薄膜 Ｘ Ｒ Ｄ谱 表１ Ｚ ｎ Ｏ： （ ｃ ｒ 。 Ｎ ） 薄膜样品的晶格常数 Ｃ
为２ ０ ０℃； 预溅射 １ ０ ｍｉ ｎ 清除靶材表面杂质 ， 溅射时间为４ ５ ｍｉ ｎ， 溅射过程 完成后 ， 样 品在纯Ｏ ， 气氛 中热氧化４ ５ ｍｉ ｎ， 热氧 化温度 为４ ０ ０℃， ５ ０ ０℃， ６ ０ ０℃， 最后得到不 同热氧化温度的Ｚ ｎ Ｏ： （ Ｃ ｒ ，
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该文采用热氧化Ｚ ｎ Ｎ， ： Ｃ ｒ 薄膜制备Ｚ ｎ Ｏ： （ ｃ ７ ， Ｎ） ， 并研 究了 Ｉ Ｊ 热氧化温 度对薄膜的结构 、 光学带 隙及 磁学性能的影 响。
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ｔ ． Biblioteka ５ ｏ ｏ ｏ ｃ １ 实验
Ｚ ｎ Ｎ， ： ｃ ｒ 薄膜 采用Ｊ Ｄ Ｚ ０ ４ ５ Ｃ Ｂ ０ １ 型磁控溅射与电阻炉联合系
表２ Ｚ ｎ Ｏ： （ Ｏ ｒ 。 Ｎ ） 薄膜样 品的晶粒 尺寸Ｄｋ ｚ
Ｎ） 薄膜 。
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Ｔ ／ Ｃ
ｌ ４ ０ ０
Ｉ ５ ０ ０
Ｉ ６ ０ ０
利 用Ｘ 射线衍射仪（ Ｘ Ｒ Ｄ ） ￣ Ｉ Ｊ 场发射扫描 电镜（ Ｓ Ｅ Ｍ） 分 别对薄
膜样品的 晶体结 构和表面形貌进行分析 ； 使用双光束紫外／ 可见
等人通过 电子结构计算预测过渡金属原子（ Ｆ ｅ 、 Ｃ ｏ 、 Ｎｉ 、 Ｃ ｒ 、 Ｍｎ ） 掺 杂Ｚ ｎ Ｏ 可形成 稀磁半导体［ ５ ］ ， 随后人们对Ｃ ｕ， Ｆ ｅ ， Ｃ ｏ ， Ｎｉ 等过渡
贫
（ ＤＭＳ ） 被 认 为是 理 想 的稀磁 半 导体 材料 ［ ９ ， １ ｏ 而 Ｙａ ｍａ ｍｏ ｔ ｏ ￣ １ ］
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统在石英 玻璃衬底 上沉积获得 ， 溅射靶 材为直径为６ ０ ｍｍ的Ｚ ｎ
（ 纯 度９ ９ ． ９ ９ ％） ￣Ｉ Ｃ ｒ （ 纯度９ ９ ． ９ ９ ％） ， 分另 采用射频 溅射和 直流溅 射； 衬底 分别用无水乙醇和去离子水超声清洗１ ０ ｍｉ ｎ， 然 后用高
Ｑ：
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学 术 论 坛
ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． １ ６ ６ ６ １ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ６ ７ ２ －３ ７ ９ １ ． ２ ０ １ ５ ． ３ ２ ． ２ ４ １
ＳＣＩ ＥＮ ＣＥ ＆ ＴＥＣＨ ＮＯＬＯＧＹ ｌ ＮＦＯＲＭＡＴＩ ＯＮ
Ｚ ｎ Ｏ是一种六 角结构 的直接带 隙宽禁带半导体材料 ， 在室温 下具 有较 大的禁带 宽度（ 约３ ． ３ ７ ｅ Ｖ） ￥ ｎ 较高 的激 子束缚能 （ 约６ ０
ｍｅ Ｖ ） ， 并具 有 良好的压电、 光 电和光敏特性 ， 因此 ， 在半导体发光 器件及光 电传感器等领 域具 有潜 在的应 用价值［ １ － ４ ］ ｏ 近 几年 ， Ｓ ａ ｔ ｏ
摘
１ ５ ０ ０ ２ ５ ）
要： 首先利用共溅射方法在石英玻璃村底上生长ｚ ｎ 。 Ｎ 。 ： Ｃ ｒ 薄膜 ， 然后 用热氧化 方法制备 了Ｃ ｒ 和Ｎ 共掺Ｚ ｎ Ｏ 薄膜 ， 研 究 了不 同
热氧化 温度对薄膜的结构， 光学带 隙及磁 学性 能的影响 ， Ｘ Ｒ Ｄ 结果表明， 薄膜样 品具有纤辞矿结构， 且 沿Ｃ 轴择 优生长， 随着热氧 化温度的增加， 样品的晶格 常数ｃ ） Ｌ 乎没有改变， 而晶拉尺寸先增大后减小 。 样品的吸收光谱表 明温度的升高使薄膜样品的吸收 边发生蓝移 ， 即薄膜样 品带隙值增 大， 磁性测试表 明５ ０ ０℃热氧化温度获得的薄膜样品 室温铁磁性最强。 关键词 ： 热氧化 Ｚ ｎ Ｏ （ Ｃ ｒ ， Ｎ ） 薄膜 带隙 室温铁磁性
Ｄ ￣ ， ／ ｉ ｒ ｍ
Ｉ ２ ８ ． ６ ２ ８
ｌ ２ ９ ． ２ ６ ３
Ｉ ２ ８ ： ７ １ ９
①基金项 目： 黑龙江省 自 然基金（ Ｆ ２ ０ ｌ ２ ０ ２ ） ； 黑龙江省教育厅骨干教师项 Ｎ （ １ ２ ５ Ｇ ０ ３ １ ） ； 黑龙江省研究生创新科研资金项目（ Ｎ ｏ ． ＹＪ Ｓ Ｃ
纯Ｎ ， 吹干 ； 溅射前溅射 室本底真空 度优 于３ Ｘ １ ０ ～Ｐ ａ ； Ｚ ｎ 靶 的溅
∞ 驼 ３ － ．
射功率为７ ０ Ｗ￣ Ｉ ］ Ｃ ｒ 靶的溅射功 率为 １ ２ ｗ； 溅射时工作气体是由
１ ０ ｓ ｅ ｅ ｍ的Ａｒ ￣ １ ］ ４ ０ ｓ ｃ ｃ ｍ的Ｎ 组成， 工作气压 为３ ． ０ Ｐ ａ ； 衬 底温度
热氧 化 温度对 Ｏ ｒ 和 Ｎ共掺 Ｚ ｎ Ｏ薄膜结构 及 性 能 的影 响 ①
孙可 心 １ ， ２ ， ３ 金哲明 。 杨芳淼 ・ 。 谭 明月 １ ， ２ ； ３ 姚 成宝 ・ 。 孙文军 １ ． ２ － 。 （ １ ． 光电带隙材料教育部重点实验室 ； ２ ． 黑龙江省先进功能材料 与激发态 重点实验 室 ； ３ ． 哈尔滨师范大学 黑龙江哈尔滨
中图分类号 ： ０ ４ ７ ４
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： ｌ ６ ７ ２ — ３ ７ ９ ｌ （ ２ ０ ｌ ５ ） ｌ １ （ ｂ ） 一 ０ ２ ４ 卜０ ３ 金属掺杂氧化锌材 料的制备 、 结构和性能进行 了大量 的研 究『 ７ ． ８ 】 。
由于 过渡 金属掺 杂Ｚ ｎ Ｏ显示 出室温铁磁性 ， Ｚ ｎ Ｏ 基 稀磁 半导体