氧化物磁性半导体的电场调控磁性研究

摘要

近年来，信息存储技术的发展日新月异。众多研究人员对具有高密度、高速度、非易失、低能耗等优点的新概念随机存储器进行了广泛而深入的探索，并且取得一定成果。其中，磁电耦合效应在阻变存储器中的实现引起人们的极大兴趣，它不仅为阻变存储器实现多级存储的发展提供了动力，同时还为多功能器件的发展打下良好的基础。
　　通常阻变存储器在连续擦写过程中由电流引起的焦耳热效应是不容忽视的，它会使器件的工作温度升高，器件的高低组态有可能发生退化，这对降低能量损耗和延长器件的使用寿命很不利。知道，有电场存在就一定有电压却不一定有电流，如果可以在阻变存储器中实现通过外加电压产生的电场对其磁性的调控，那将不仅降低能量损耗，延长器件使用寿命，同时为未来研究存储器件中的磁电耦合效应提供了一个新的思路。
　　本论文主要进行了以下研究:
　　首先，通过外接高压极化电源在平行极板间产生匀强电场。然后，将制备的薄膜样品静置于匀强电场中一段时间，进行磁性测量，最后结合实验结果讨论了外加电场对氧化物磁性半导体的磁性调控。
　　1、利用磁控溅射镀膜技术分别制备了不同溅射氩氧比和不同衬底的ZnO薄膜样品，研究电场对ZnO/substrate结构的磁性调控。通过一系列的研究，得出电场对不同生长条件下的ZnO薄膜的磁性调控不同，为寻找理想的样品制备条件奠定了基础;同时改进实验样品结构，加入顶电极，进一步研究外加电场对阻变存储器结构的磁性调控。
　　2、利用磁控溅射镀膜技术分别制备了不同Co掺杂比例、不同生长温度、不同溅射时间和不同衬底的Co∶ZnO薄膜样品，研究外加电场对Ag/Co∶ZnO/substrate结构的磁性调控。
　　3、利用磁控溅射镀膜技术分别制备了不同C掺杂比例、不同生长温度和不同溅射时间的C∶ZnO薄膜样品，研究外加电场对Ag/C∶ZnO/substrate结构的磁性调控。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 ZnO基磁性半导体材料

1．2．1 4磁性半导体材料

1．2．2 ZnO的基本性质及应用

1．2．3 ZnO基磁性半导体材料的研究现状

1．2．4 氧化物半导体磁性产生的模型

1．2．5 氧化物磁性半导体的制备

1．3 半导体材料中的接触现象

1．4 电控磁性的发展及研究现状

1．5 课题选取及意义

第二章 实验方法

2．1 薄膜样品的制备技术

2．1．1 磁控溅射技术(Magnetron Sputtering)

2．1．2 靶材的制备

2．1．3 衬底的选择

2．2 薄膜样品的表征方法

2．2．1 X射线衍射法(XRD)

2．2．2 样品的形貌表征

2．3 样品的磁性测量

3．1 引言

3．2 样品制备及测量方法

3．2．1 样品的制备

3．2．2 样品的表征

3．2．3 测量方法

3．3 电场调控磁性的研究

3．3．1 电场对ZnO／NSTO的磁性调控中溅射氩氧比的影响

3．3．2 电场对ZnO／substrate的磁性调控中生长衬底的影响

3．3．3 电场对RRAM结构的磁性调控

3．4 本章小结

4．1 引言

4．2 样品制备及测量方法

4．2．1 样品的制备

4．2．2 样品的表征

4．2．3 测量方法

4．3 电场调控磁性的研究

4．3．1 电场对Ag／Co：ZnO／NSTO的磁性调控中掺杂比例的影响

4．3．2 电场对Ag／Co0．05Zn0．95O／NSTO的磁性调控中生长温度的影响

4．3．3 电场对Ag／Co0．05Zn0．95O／Pt的磁性调控中薄膜厚度的影响

4．3．4 电场对Ag／Co0．05Zn0．95O／substrate的磁性调控中衬底的影响

4．4 本章小结

5．1 引言

5．2 样品制备及测量方法

5．2．1 样品的制备

5．2．2 样品的表征

5．2．3 测量方法

5．3 电场调控磁性的研究

5．3．1 电场对Ag／C：ZnO／NSTO的磁性调控中掺杂比例的影响

5．3．2 电场对Ag／Co0．01Zn0．99O／Pt的磁性调控中生长温度的影响

5．3．3 电场对Ag／Co0．01Zn0．99O／Pt的磁性调控中薄膜厚度的影响

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文