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ZnO和ZnO基稀磁半导体薄膜的PLD法制备及其特性研究

滕晓云  
【摘要】: 本文采用脉冲激光沉积法(PLD)制备了晶态ZnO薄膜,研究了不同生长工艺条件和ZnO薄膜结构特性之间的关系,优化了工艺参数。在此基础上,制备了Al、Ni、Mn掺杂的ZnO基薄膜,研究了掺杂浓度对薄膜结构特性的影响。此外,采用波长为1064 nm的激光作为基频光,观测了所沉积薄膜中的二次谐波产生。 采用PLD技术在c-Al2O3单晶衬底上制备出了具有高度c轴取向的ZnO薄膜,研究了衬底温度和氧气压强对薄膜结构特性的影响,给出了薄膜生长模式随生长条件变化的原因。观察到不同氧压下沉积ZnO薄膜由强的紫外发光和宽深能级发光组成的室温发光(PL)谱,揭示了薄膜的紫外发光与样品的结晶质量密切相关,而深能级发射源于电子从导带底到氧错位能级的跃迁。 制备了高性能Al掺杂ZnO透明导电薄膜,研究了掺杂浓度对薄膜结构和光电特性的影响,发现适量浓度的Al掺杂有助于薄膜电阻率的降低,而薄膜的能带宽化依赖于材料中的载流子浓度。 制备出过渡族金属(Ni、Mn)掺杂的ZnO基稀磁半导体(DMS)材料,观察到部分样品具有明显的室温铁磁性。给出了Zn1-xNixO薄膜磁性随掺杂浓度的变化规律,得到了Zn1-xMnxO薄膜的铁磁性与薄膜中的缺陷密切相关,合适的掺杂浓度有助于室温铁磁性的获得。 以Nd:YAG激光器输出的1064 nm激光为基频光,研究了不同类型ZnO薄膜中的二次谐波产生(SHG),得到了薄膜晶粒及其边界对SHG的影响,揭示了较大掺杂浓度下Zn1-xMnxO薄膜SHG输出功率的增加来自于薄膜中存在的Mn团簇,进一步证实了过大的掺杂浓度不利于室温铁磁性的获得。


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