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1、高技術(shù)通訊2003.3溶膠凝膠法制備!"#基稀釋磁性半導(dǎo)體薄膜!修向前!張榮徐曉峰俞慧強(qiáng)陳麗星施毅鄭有火斗（南京大學(xué)物理系南京210093）摘要用溶膠凝膠法制備了具有良好光學(xué)性質(zhì)和C軸取向的ZHOIFe薄膜。ZHOIFe薄膜具有尖銳的帶邊發(fā)光，禁帶寬度約為3.3eV，半高寬13Hm。磁性測(cè)量表明，ZHOI~3Fe薄膜在室溫下具有鐵磁性，飽和磁化強(qiáng)度約為10emu量級(jí)，矯頑力為30奧斯特（Oe）。關(guān)鍵詞：溶膠凝膠法，氧化鋅，稀磁半導(dǎo)體［7］外延和反應(yīng)濺射的方法合成得到。氧化鋅作為直0引言接帶隙寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有很高的激子束縛能（60me），能夠?qū)崿F(xiàn)室溫高紫外發(fā)光。雖然ZHO可稀釋磁性半導(dǎo)體（
2、dilutedmagHeticsemicoHduc-通過摻雜制備ZHO基稀釋磁性半導(dǎo)體，并且由于［5］tor，DMS）材料是在非磁性半導(dǎo)體（如IV-VI族、其禁帶較寬而可能具有較高的居里溫度，但是II-VI族或III-V族）中摻雜磁性離子，利用載流ZHO基稀釋磁性半導(dǎo)體材料尚處于理論研究階段，子控制技術(shù)產(chǎn)生磁性的新型功能材料。由于磁性離很少有實(shí)驗(yàn)報(bào)道。目前的ZHO單晶或薄膜生長技子局域磁矩與能帶電子自旋存在交換作用，因此通術(shù)等，在材料質(zhì)量，P型摻雜等方面，還有眾多的過改變磁性雜質(zhì)濃度和外磁場(chǎng)強(qiáng)度可以有效控制它技術(shù)難點(diǎn)需要去克服與解決。（溶膠-凝膠Sol-Gel）們的光電、磁光、光吸收和輸運(yùn)特性
3、。它同時(shí)應(yīng)用作為一種材料制備方法可以方便地制備大面積稀磁了電子電荷和電子自旋性質(zhì)，因而DMS器件可以半導(dǎo)體薄膜，而且均勻性好、純度高，便于控制摻直接與現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件集成，在光、電、磁功能雜。本文中，我們利用溶膠~凝膠法制備了Fe摻集成等新型器件方面具有重要的應(yīng)用。雜的ZHO薄膜并研究了其結(jié)構(gòu)性質(zhì)和光學(xué)、電學(xué)、在DMS材料中，一般用MH2+作為磁性離子磁學(xué)等性質(zhì)，成功地獲得了ZHO基鐵磁性半導(dǎo)體。替代陽離子，這使得陽離子價(jià)態(tài)與MH2+一致的II-VI半導(dǎo)體材料在早期成為制備DMS的首選。然1實(shí)驗(yàn)而，由于II-VI族材料難以實(shí)現(xiàn)p-型或H-型摻雜，使其應(yīng)用受到了限制。目前普遍研究的（IH，MH）
4、ZHOIFe薄膜的制備過程如下：將一定量的分［1］［2］As和（Ga，MH）As的居里溫度（Tc）都很低（35和析純醋酸鋅與氯化亞鐵（FeCl）的混合物溶于無2110K），從實(shí)際應(yīng)用的角度考慮，尋找具有更高居水乙醇中，室溫下用磁力攪拌器攪拌，同時(shí)逐滴加里溫度的材料是迫切需要的。理論工作表明，寬帶入少量乳酸。攪拌2小時(shí)后得透明勻質(zhì)的溶膠，濃隙半導(dǎo)體如GaN和ZHO可能是室溫或更高溫度下度約為0.4mol"L。通過改變鋅鐵的摩爾比達(dá)到控能夠?qū)崿F(xiàn)載流子引起鐵磁性的合適的代表性材制摻雜的目的。將0.02ml溶膠滴加到Si（111）襯［3，5］料。底上，利用甩膠機(jī)（2000#3000r"miH）將溶膠均
5、基于寬帶隙氧化物TiO2和ZHO的磁性半導(dǎo)體勻涂覆，室溫下放置5#10分鐘。然后在空氣氣［6］材料在磁光器件方面具有廣泛的應(yīng)用。居里溫度氛，300C熱處理5分鐘。重復(fù)以上涂膜、預(yù)熱過超過400K的TiO2ICo薄膜已經(jīng)用激光分子束氣相程5#20次，將樣品在550C下熱處理30分鐘，$863計(jì)劃（2001AA311110），973規(guī)劃（G2000068305）資助項(xiàng)目。!男，1973年生，博士，副教授；研究方向：寬帶隙半導(dǎo)體材料的生長和器件研制；聯(lián)系人。（收稿日期：2002-11-11；修訂日期：2003-01-02）—64—修向前等：溶膠凝膠法制備ZnO基稀釋磁性半導(dǎo)體薄膜制得ZnOIFe薄膜
6、。的c軸取向性。與未摻雜的ZnO結(jié)果相比，摻雜對(duì)樣品進(jìn)行X射線衍射（XRD），室溫光致發(fā)Fe的ZnO薄膜表現(xiàn)出了更好的c軸取向性。因此光譜（PL），VSM等的測(cè)量，對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)，光我們猜測(cè)，適量Fe元素的摻雜可能會(huì)改善ZnO薄學(xué)特性和磁學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究。膜的晶體質(zhì)量，這還有待于進(jìn)一步的研究。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論2.1ZnOIfe薄膜的結(jié)構(gòu)和表面形貌圖1是不同濃度的ZnOIFe薄膜的XRD譜。結(jié)構(gòu)分析表明，圖中都只有ZnO的衍射峰，沒有Fe或Fe的化合物的信號(hào)。這說明樣品中沒有第二相存在，摻雜的Fe2+離子完全取代了部分Zn2+離子的位置，為替位式摻雜。ZnOIFe薄膜具有較好圖1不同濃度摻Fe的Zn
7、O薄膜的XRD譜圖2未摻雜的ZnO薄膜（700C，左）和ZnO：4%Fe薄膜（550C，右）的AFM表面形貌。掃描范圍1!m>1!m，高度范圍從0"200nm。ZnOI4%Fe薄膜的AFM表面形貌如圖2所示。與未摻雜的ZnO薄膜表面形貌相比，盡管熱處理溫度較低（550C），但晶粒尺寸更大，表面很不平整，粗糙度高達(dá)36.794nm。2.2ZnO：fe薄膜的光學(xué)性質(zhì)不同濃度ZnO：Fe薄膜室溫下顯示出
