射頻磁控濺射制備(In, Co)共摻ZnO薄膜的電學和磁學性質

劉 芬，代明江，林松盛，石 倩，孫 琿

1) 山東大學山東省光學天文與日地空間環境重點實驗室，空間科學與物理學院，威海 264209 2) 廣東省科學院新材料研究所，廣東省現代表面工程技術重點實驗室，廣州 510651 3) 吉林大學材料科學與工程學院，長春 130012

稀磁半導體（DMSs）兼具半導體材料中的電荷遷移效應與磁性材料中的電子自旋特性，是近十年來各國爭相研究的熱點新興材料[1-2]. 由于可以同時操控電子的自旋和電荷，稀磁半導體在自旋電子學和量子計算中具有潛在應用[3]. 同時，稀磁半導體還可以廣泛應用于自旋發光二極管（Spin-LED）、自旋場效應晶體管（Spin-FET）、磁阻式隨機訪問存儲器（MRAM）等領域[4-8]. 通常情況下，稀磁半導體是將過渡金屬或稀土金屬元素摻雜于半導體材料中，使其產生自發磁矩，從而產生磁性. 理想的稀磁半導體能夠在室溫下工作，因而必須具有居里溫度（Curie temperature, Tc）高于室溫的特性. 然而，絕大多數稀磁半導體的居里溫度(Tc)低于室溫，限制了此類半導體的應用[9]. 因此，如何使宿主材料在高于室溫的條件下表現出鐵磁性，是目前稀磁半導體發展的主要挑戰. 一系列的實驗和理論模擬表明，ZnO基的半導體材料在滿足這一條件上具有潛力[10-13]. ZnO具有較寬的帶隙（3.37 eV）、高激子束縛能（60 mV）以及無毒、穩定的特性[14-16]. 特定的過渡金屬離子（如Fe2+、Co2+、Ni2+、Mn2+等）摻雜可以有效改善本征ZnO宿主的磁學性質. 因此，摻雜ZnO被認為是一種極具潛力的稀磁半導體材料.

2005年，Sluiter等報道源于間隙Zn或者氧空位的電子躍遷和空穴躍遷……