Mn 摻雜對ZnO∶Mn 薄膜結(jié)構(gòu)特性的影響

李 彤，介 瓊，張 宇，倪曉昌，趙新為，2

(1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 電子工程學(xué)院，天津 300222;2.東京理科大學(xué) 物理系，日本 東京)

1 引 言

目前，人們已經(jīng)在Ⅲ-Ⅴ族稀磁半導(dǎo)體上做了大量的工作，由于大多過渡金屬元素在Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料中的溶解度很低，導(dǎo)致Ⅲ-Ⅴ族稀磁半導(dǎo)體的自旋注入效率很低，難以獲得大的磁性。2001年，Jin 等［1］發(fā)現(xiàn)過渡金屬元素在ZnO 材料中固溶度較高，非平衡態(tài)條件下Mn 的固溶度達到30%(摩爾分數(shù))。此外，早在2000年，Dietl 等［2］發(fā)表了Mn 摻雜ZnO 稀磁半導(dǎo)體可實現(xiàn)居里溫度高于室溫的報道，這一報道引起了科學(xué)界對Mn 摻雜ZnO(以下簡稱ZnO ∶Mn)稀磁半導(dǎo)體的研究熱潮［3-4］。近年來，Mn 摻雜ZnO 基稀磁半導(dǎo)體的研究已經(jīng)取得了巨大的進步。實驗發(fā)現(xiàn)，不同的制備方法、溫度、氣氛、材料的結(jié)構(gòu)形態(tài)以及厚度都會引起磁性的變化，磁性對制備條件和制備方法十分敏感。對于鐵磁性的來源現(xiàn)在還存在許多爭議。除一部分實驗研究發(fā)現(xiàn)鐵磁性來源于第二相，即摻雜的離子團簇及其化合物之外，目前大部分實驗研究認為鐵磁性來源于其內(nèi)稟性，也可能來源于晶格中Zn 替代、缺陷、空位的形成以及載流子調(diào)制和交換作用等［5］。

Raman 光譜能有效研究摻雜離子在基體中的結(jié)合情況以及對晶體結(jié)構(gòu)的影響。這是因為Raman光譜強度和譜型反映了晶格畸變對應(yīng)晶格振動模式狀態(tài)的改變。不同含量的Mn 摻雜到ZnO 中時，ZnO 晶格結(jié)構(gòu)會發(fā)生細微變化，這種變化會引起Raman 光譜峰的頻移和改變，因而可以有效利用Raman 光譜來了解晶體內(nèi)部的晶化程度以及晶格畸變等信息，這對理解Mn 摻雜ZnO鐵磁性的來源是非常有意義的，而目前關(guān)于該方面報道甚少。……