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

doi:10.7498/aps.61.168101

摘要

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.

关键词:

Abstract

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.

Keywords:

作者及机构信息

1.
重庆市光电功能材料重点实验室, 重庆 400047;

2.
重庆大学物理学院, 重庆 400030

基金项目: 重庆市自然科学基金(批准号: CSTC. 2011BA4031)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Key Laboratory of Optoelectronic Functional Materials of Chongqing, Chongqing 400047, China;

2.
College of Physics, Chongqing University, Chongqing 400030, China

Funds: Project supported by the Natural Science Foundation of Chongqing, China (Grant No. CSTC. 2011BA4031).

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