Co掺杂稀磁性ZnO薄膜的制备(3)
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，具有吹冰角纤锌矿晶体结构，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，具有吹冰方对称性，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 ,比理想的吹冰角柱紧堆积结构的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 的吹冰角密堆积和O的吹冰角密堆积在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
下一篇：醇水比对氧化锆气凝胶性能的影响