射频磁控溅射制备(In, Co)共掺ZnO薄膜的电学和磁学性质

刘 芬，代明江，林松盛，石 倩，孙 珲

1) 山东大学山东省光学天文与日地空间环境重点实验室，空间科学与物理学院，威海 264209 2) 广东省科学院新材料研究所，广东省现代表面工程技术重点实验室，广州 510651 3) 吉林大学材料科学与工程学院，长春 130012

稀磁半导体（DMSs）兼具半导体材料中的电荷迁移效应与磁性材料中的电子自旋特性，是近十年来各国争相研究的热点新兴材料[1-2]. 由于可以同时操控电子的自旋和电荷，稀磁半导体在自旋电子学和量子计算中具有潜在应用[3]. 同时，稀磁半导体还可以广泛应用于自旋发光二极管（Spin-LED）、自旋场效应晶体管（Spin-FET）、磁阻式随机访问存储器（MRAM）等领域[4-8]. 通常情况下，稀磁半导体是将过渡金属或稀土金属元素掺杂于半导体材料中，使其产生自发磁矩，从而产生磁性. 理想的稀磁半导体能够在室温下工作，因而必须具有居里温度（Curie temperature, Tc）高于室温的特性. 然而，绝大多数稀磁半导体的居里温度(Tc)低于室温，限制了此类半导体的应用[9]. 因此，如何使宿主材料在高于室温的条件下表现出铁磁性，是目前稀磁半导体发展的主要挑战. 一系列的实验和理论模拟表明，ZnO基的半导体材料在满足这一条件上具有潜力[10-13]. ZnO具有较宽的带隙（3.37 eV）、高激子束缚能（60 mV）以及无毒、稳定的特性[14-16]. 特定的过渡金属离子（如Fe2+、Co2+、Ni2+、Mn2+等）掺杂可以有效改善本征ZnO宿主的磁学性质. 因此，掺杂ZnO被认为是一种极具潜力的稀磁半导体材料.

2005年，Sluiter等报道源于间隙Zn或者氧空位的电子跃迁和空穴跃迁……