Fe離子價態(tài)和占位對Fe摻雜In2O3稀磁半導體鐵磁性的影響

馬甜甜，喬　文

（河南工業(yè)大學 理學院，河南 鄭州 450001）

近年來，由于在自旋電子器件中的潛在應用，稀磁半導體受到了物理、材料、電子等各領域科研人員的廣泛關注［1］。用稀磁半導體制作的自旋電子器件能同時利用電荷和自旋兩個自由度，相對于傳統(tǒng)電子器件具有高效率、低功耗、非易失性等優(yōu)點。自從Dietl等從理論上預言Mn摻雜p型半導體ZnO具有室溫以上的鐵磁性［2］，人們就對過渡金屬摻雜氧化物半導體（如ZnO、TiO2、SnO2、In2O3等）進行了大量研究［3-12］。 在這些稀磁半導體中，最引人注目的是Fe摻雜In2O3稀磁半導體。相對于其他稀磁半導體，該材料具有高電導率、高透明度、高鐵磁居里溫度和高自旋極化率等優(yōu)點［9-19］。此外，由于Fe在In2O3中的高溶解度，這類稀磁半導體也是一種研究鐵磁性產(chǎn)生機制的理想體系［11-12,17］。

目前已有大量的研究報道了Fe摻雜In2O3的室溫鐵磁性，但對于鐵磁性的來源仍然不甚清楚［12-19］。Yu等通過理論和實驗研究發(fā)現(xiàn)鐵磁性與材料在制備或后期退火過程中生成的氧空位、Fe離子價態(tài)及自旋極化的載流子有關［15］。Li等通過共摻雜Sn離子實現(xiàn)載流子的注入，發(fā)現(xiàn)鐵磁性與載流子無關，只與氧空位相關［20］。Yan等在避免氧空位的引入的情況下成功利用F離子摻雜實現(xiàn)了Fe離子價態(tài)的控制，并發(fā)現(xiàn)即使體系中無氧空位，只要Fe離子價態(tài)為+2和+3的混合價，體系便呈現(xiàn)鐵磁性［21］。這些研究結(jié)果表明在Fe摻雜In2O3體系中，鐵磁性與氧空位無直接關系，氧空位可以導致載流子生成和Fe離子價態(tài)變化，但鐵磁性只與Fe離子價態(tài)有直接關系。……