射频磁控溅射制备(In,Co)共掺ZnO薄膜的电学和磁学性质

摘要

(In,Co)共掺的ZnO薄膜(ICZO薄膜)在100 °C下通过射频(RF)溅射沉积至玻璃基板上.沉积过程采用In、Co、Zn三靶共溅射.通过调节靶功率,获得了不同In含量的ICZO薄膜.研究了不同In含量下薄膜电学性质和磁学性质的变化.分别使用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)、原子力显微镜(AFM)、电子探针扫描(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)、霍尔测试(Hall measurement)和振动样品磁强计(VSM)对薄膜的成分、形貌、结构、电学特性和磁学特性进行了表征和分析.详细分析了薄膜中载流子浓度对磁学性质的影响.实验结果表明,随着薄膜中In含量的提高,薄膜中载流子浓度显著提高,薄膜的导电性得到优化.所有的薄膜均表现出室温下的铁磁特性.与此同时,束缚磁极化子(BMP)模型与交换耦合效应两种不同的机制作用于ICZO半导体材料,致使薄膜的饱和磁化强度随载流子浓度发生改变,并呈现在三个不同的区域.