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退火温度对N+注入ZnO:Mn薄膜结构及室温铁磁性的影响

杨天勇 孔春阳 阮海波 秦国平 李万俊 梁薇薇 孟祥丹 赵永红 方亮 崔玉亭

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退火温度对N+注入ZnO:Mn薄膜结构及室温铁磁性的影响

杨天勇, 孔春阳, 阮海波, 秦国平, 李万俊, 梁薇薇, 孟祥丹, 赵永红, 方亮, 崔玉亭

Effects of the annealing temperature on microstructure and room-temperature ferromagnetism of N+ ion-implanted ZnO: Mn thin film

Yang Tian-Yong, Kong Chun-Yang, Ruan Hai-Bo, Qin Guo-Ping, Li Wan-Jun, Liang Wei-Wei, Meng Xiang-Dan, Zhao Yong-Hong, Fang Liang, Cui Yu-Ting
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  • 采用射频磁控溅射法在石英玻璃衬底上制备了ZnO:Mn薄膜, 结合N+ 注入获得Mn-N共掺ZnO薄膜, 进而研究了退火温度对其结构及室温铁磁性的影响. 结果表明, 退火后ZnO:(Mn, N) 薄膜中Mn2+和N3-均处于ZnO晶格位, 没有杂质相生成. 退火温度的升高 有助于修复N+注入引起的晶格损伤, 同时也会让N逸出薄膜, 导致受主(NO)浓度降低. 室温铁磁性存在于ZnO:(Mn, N)薄膜中, 其强弱受NO浓度的影响, 铁磁性起源可采用束缚磁极化子模型进行解释.
    The Mn-N codoped ZnO thin films are fabricated on quartz glass substrates using the radio-frequency magnetron sputtering technique together with the direct N+ ion-implantation. The effects of annealing temperature on microstructure and room-temperature ferromagnetism of the thin films are investigated. The results indicate that both divalent Mn2+ and trivalent N3- ions are incorporated into ZnO lattice. As the annealing temperature increases, the lattice distortion induced by N+ ion-implantation can decrease, and the N3- may escape from the film, which results in the reducing of acceptor (NO) concentration. Ferromagnetism is observed in the (Mn,N)-codoped ZnO thin film at 300 K and found to be the sensitive to the acceptor concentration. The mechanism of room-temperature ferromagnetism in the ZnO:(Mn, N) is discussed based on the bound magnetic polaron model.
    • 基金项目: 重庆市自然科学基金(批准号: CSTC. 2011BA4031)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Natural Science Foundation of Chongqing, China (Grant No. CSTC. 2011BA4031).
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-01-11
  • 修回日期:  2012-02-15
  • 刊出日期:  2012-08-05

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