论文摘要
ZnO基稀磁半导体在实现电荷和自旋的同时操纵方面有极大的应用价值,是制备自旋电子学器件的首选材料,如何研制出具有室温铁磁性的ZnO稀磁半导体,使其制备的自旋器件在室温下能够应用,是当前人们研究的热点。尽管有许多关于其室温铁磁性的报道,但是这些观察到的铁磁性是源于掺杂离子的替位效应还是其偏析物—二次相或团簇,存在较大争议。究其原因是常规分析手段（如XRD）很难探测到稀磁半导体中低浓度掺杂离子的详细结构信息,而磁性来源和ZnO稀磁半导体的微观结构是密切相关的。所以选择灵敏度高的分析手段来研究ZnO稀磁半导体的微观结构是了解其磁性来源的关键。另外,为了避免二次相或团簇问题,选择非磁性元素（如Cu）作为掺杂剂,目前是人们关注的焦点。本论文选择Cu作为掺杂剂并使用高灵敏的同步辐射X射线衍射（SR-XRD）和X射线吸收精细结构谱（XAFS）结合质子激发X射线荧光技术（PIXE）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman Spectrum）和交变梯度磁强计（AGM）等多种分析手段对Zn1-xCuxO稀磁半导体的微观结构和磁性进行详细研究,得到了一些有价值的研究结果。1.使用经过恢复和改造的磁控溅射镀膜机,采取射频磁控溅射和复合靶技术,在蓝宝石（A1203）衬底上制备了一系列Zn1-xCuxO薄膜。2.用PIXE测量了样品中Cu的含量,结果表明样品中除了Cu,没有如Mn、Fe、Co和Ni等铁磁性杂质。普通XRD和SR-XRD结果均表明样品呈现ZnO六角纤锌矿结构,没有发现Cu团簇和CuO、Cu2O等二次相。同步辐射扩展X射线吸收精细结构谱（EXAFS）结果表明Cu替位Zn进入了ZnO晶格,但是替位使Zn1-xCuxO处于中等无序状态,这也被Raman光谱所证实。XPS谱中的Cu2+独有的卫星峰,表明样品中存在+2价的替位Cu,+2价的Cu能够提供局域磁矩。3.交变梯度磁强计（AGM）测量结果表明Zn1-xCuxO薄膜样品在室温呈现明显的铁磁行为。根据微观结构分析结果,认为所观察到的室温铁磁性应该是本征的、内在的而非外源性的。由于样品的长程有序受到一定程度的破坏并且Cu有可能分布不均匀,Cu离子提供的磁矩不能被充分利用,导致样品的铁磁性较小。考虑到样品的电学性质,样品的铁磁性应该用缺陷调节机制来解释。