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Fe、Li共掺杂In2O3基稀磁半导体的局域结构与磁、输运性能

2020-12-09阅读(1090)

Fe、Li共掺杂In2O3基稀磁半导体的局域结构与磁、输运性能

论文摘要

本文研究了Fe、Li共掺杂对In2O3基稀磁半导体薄膜的局域结构、磁输运性能的影响。薄膜是利用射频磁控溅射技术在SiO2/Si（100）与超白玻璃基片表面沉积的。通过XRD、XPS、XAFS、R-T、Hall、MR、SQUID等性能分析方法与结构表征手段对样品进行了系统的研究,得出以下研究结果:1、利用射频磁控溅射技术制备了不同Li掺杂浓度的(In0.96-xLixFe0.04)2O3薄膜样品。XRD结果表明Li离子很好的进入了In2O3的晶格并引起了晶胞的收缩,体系中并无Fe、Li相关单质相或氧化物第二相的存在。XPS结果表明,Fe是以+2价和+3价混合价态存在于样品中,且体系中存在大量氧空位缺陷。XAFS分析结果表明Fe是以替位In3+的形式进入In2O3的晶格,Li掺杂浓度的增加并没有改变掺杂Fe的局域环境。Hall测试结果表明薄膜的载流子浓度随Li掺杂浓度的增加而减小,这是由于p型Li的替位掺杂会引入空穴来补偿样品中n型氧空位提供的电子,进而降低样品的载流子浓度以及增大电阻率。R-T测试表明薄膜中存在金属-半导体转变的输运行为,且随着Li掺杂浓度的增加,半导体导电行为逐步变得明显,且电子传导机制能很好地用Mott变程跃迁机制解释。磁电阻（MR）测试结果表明,在测试温度下,样品皆表现为负磁阻现象,且随着Li掺杂浓度的增加,负磁电阻有变为正磁电阻的趋势。磁性测量表明Li的掺杂能够明显提高体系铁磁性。Li原子与相邻的O原子间的轨道杂化作用可用来解释样品室温铁磁性的提高。2、利用射频磁控溅射技术制备了不同Fe掺杂浓度的(In0.94-yFeyLi0.06)2O3薄膜样品。XRD分析结果表明Fe、Li共掺杂In2O3薄膜样品依旧表现为In2O3的立方方铁锰矿结构。XAFS分析结果表明薄膜中Fe元素是以+2和+3价的混合氧化态形式存在的,且Fe离子替位了In2O3中的In1位置。Hall以及R-T测试表明,共掺杂薄膜的载流子浓度随着Fe掺杂浓度的增加而减小,电导机制能很好地用低温区的Mott变程跃迁机制以及高温区的硬带跃迁机制解释,显示了载流子强的局域特性。MR测试结果表明,10K温度下,随着Fe的掺杂,样品磁电阻实现了由负磁阻向正磁阻的转变,Fe的掺杂浓度与测试的温度可以影响正负磁阻对样品的贡献程度。样品全部表现出本征的室温铁磁性,饱和磁化强度Ms先增加后降低。O空位和Fe离子周围的强晶格畸变与铁磁性的产生存在密切的关系。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 稀磁半导体的研究概况
  •     1.1.1 稀磁半导体的研究概况
  •     1.1.2 稀磁半导体的铁磁性起源
  • 2O3基稀磁半导体'>  1.2 In2O3基稀磁半导体
  • 2O3的结构'>    1.2.1 In2O3的结构
  • 2O3基稀磁半导体的研究现状'>    1.2.2 In2O3基稀磁半导体的研究现状
  • 2O3基稀磁半导体目前存在的问题'>    1.2.3 In2O3基稀磁半导体目前存在的问题
  •     1.2.4 本论文的研究目的及研究内容
  • 第二章 样品的制备与表征方法
  •   2.1 薄膜的制备
  •     2.1.1 磁控溅射技术原理
  •     2.1.2 磁控溅射技术的种类
  •     2.1.3 实验设备与材料
  •     2.1.4 实验流程
  •   2.2 薄膜样品性能的表征
  •     2.2.1 台阶仪（step profiler）
  •     2.2.2 X射线衍射（XRD）
  •     2.2.3 X射线光电子能谱（XPS）
  •     2.2.4 X射线吸收精细结构吸收谱（XAFS）
  •     2.2.5 电输运性能的测量
  •     2.2.6 磁学性能的测量
  •   2.3 本章小结
  • 0.96-xLixFe0.04)2O3薄膜制备、结构与磁性'>第三章 (In0.96-xLixFe0.04)2O3薄膜制备、结构与磁性
  •   3.1 引言
  •   3.2 实验过程
  •   3.3 结果与分析
  • 0.9Li0.06Fe0.04)2O3薄膜的价态分析'>    3.3.2 (In0.9Li0.06Fe0.04)2O3薄膜的价态分析
  • 0.96-xLixFe0.04)2O3薄膜的局域结构'>    3.3.3 (In0.96-xLixFe0.04)2O3薄膜的局域结构
  • 0.96-xLixFe0.04)2O3薄膜的磁性能分析'>    3.3.4 (In0.96-xLixFe0.04)2O3薄膜的磁性能分析
  • 0.96-xLixFe0.04)2O3薄膜的输运性能分析'>    3.3.5 (In0.96-xLixFe0.04)2O3薄膜的输运性能分析
  • 0.96-xLixFe0.04)2O3薄膜磁电阻特性分析'>    3.3.6 (In0.96-xLixFe0.04)2O3薄膜磁电阻特性分析
  • 0.96-xLixFe0.04)2O3薄膜的磁性来源'>  3.4 (In0.96-xLixFe0.04)2O3薄膜的磁性来源
  •   3.5 本章小结
  • 0.94-yFeyLi0.06)2O3薄膜制备、结构与磁性'>第四章 (In0.94-yFeyLi0.06)2O3薄膜制备、结构与磁性
  •   4.1 引言
  •   4.2 实验过程
  •   4.3 结果与分析
  • 0.94-yFeyLi0.06)2O3薄膜的局域结构'>    4.3.2 (In0.94-yFeyLi0.06)2O3薄膜的局域结构
  • 0.94-yFeyLi0.06)2O3薄膜的磁性能分析'>    4.3.3 (In0.94-yFeyLi0.06)2O3薄膜的磁性能分析
  • 0.94-yFeyLi0.06)2O3薄膜的输运性能分析'>    4.3.4 (In0.94-yFeyLi0.06)2O3薄膜的输运性能分析
  • 0.94-yFeyLi0.06)2O3薄膜磁电阻特性分析'>    4.3.5 (In0.94-yFeyLi0.06)2O3薄膜磁电阻特性分析
  • 0.94-yFeyLi0.06)2O3薄膜的磁性来源'>  4.4 (In0.94-yFeyLi0.06)2O3薄膜的磁性来源
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 结论
  • 参考文献
  • 发表论文和科研情况分析
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张晟荣

    导师: 安玉凯

    关键词: 共掺杂,局域结构,铁磁性,输运性能

    来源: 天津理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 物理学,工业通用技术及设备

    单位: 天津理工大学

    分类号: O484.43

    总页数: 64

    文件大小: 4228K

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