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博碩士論文 etd-0731115-104310 詳細資訊
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論文名稱
Title
研究氧空缺與退火效應對氧化鋅摻鈷薄膜之影響
The Study of Oxygen Vacancies and Annealing Effect on Co-doped ZnO Thin Films
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
85
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2015-07-25
繳交日期
Date of Submission
2015-08-31
關鍵字
Keywords
氧空缺、氧化鋅、濺鍍、光學能隙、退火、稀磁性半導體
sputtering, optical energy gap, zinc oxide, oxygen vacancies, ilute magnetic semiconductors, anneal
統計
Statistics
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中文摘要
稀磁性半導體中,ZnO摻雜過渡金屬離子被預測為最有潛力的室溫稀磁性半導體,但其磁性來源尚未明瞭,有許多研究指出,材料中的氧空缺可以增強磁矩的交互作用,另一方面,能隙大小及雜質能帶也會影響磁性,因此研究氧缺在系統中對於能帶的影響與磁性變化的關聯性極其重要,另外一方面有研究指出晶粒大小以及結晶程度對能隙有直接的影響,為研究氧空缺以及晶粒大小對於ZnO摻鈷薄膜的影響,我們在成長的氣氛中藉由摻入不同比例的氫氣與ZnO中的O化合,以製造不同濃度的氧空缺(VO) ,以及利用不同溫度(150~700°C)對樣品做退火處理,藉以控制結晶狀況,並用X光繞射儀,穿透光譜儀,磁圓二色性光譜儀,超導量子干涉儀以及同步輻射來研究樣品退火前後之差異。
Abstract
In dilute magnetic semiconductors (DMS), transition metal ion doped ZnO is predicted to be the most potential material for room temperature DMS, but it’s magnetic origin is not yet clear. Many studies have pointed out that oxygen vacancies in the material can enhance the interaction of the magnetic moment,
On one hand, energy gap and impurity band will also affect the magnetism, so the study of oxygen vacancies in the system is extremely important for the relevance of the energy band and magnetism. On the other hand some studies have pointed out that the grain size and crystallinity have a direct impact on the energy gap .To study the impact of oxygen vacancies and grain size on Co doped ZnO thin film, we induced different concentrations of oxygen vacancy (VO), by using different proportions of hydrogen as the growth atmosphere and used different temperatures (150 ~ 700°C) to anneal samples, in order to control crystallization . We used X-ray diffractometer, Transmission spectra (N&K Analyzer), Magnetic circular dichroism spectroscopy (MCD), Superconducting quantum interference device (SQUID) and Synchrotron radiation to study the property of samples before and after annealing.
目次 Table of Contents
目 錄
論文審定書 i
致 謝 ii
摘 要 iii
Abstract iv
目 錄 v
圖 次 vii
表 次 x
第一章 導論 1
1-1 稀磁性半導體概述 1
1-2 氧化鋅(ZnO)特性簡介 2
1-3 研究動機 3
第二章 相關理論 4
2-1 ZnO光學能階之相關理論Burstein-Moss effect[8] 4
2-2 ZnO退火效果之文獻 7
2-3 磁性物質種類 10
2-4 DMS鐵磁性來源 11
2-4-1 束縛極化子模型( Bounded Magnetic Polaro Model, BMP)[24] 12
2-4-2 變程跳躍(Variable Range Hopping, VRH)傳輸同心圓模型[25] 13
第三章 儀器介紹 15
3-1 射頻磁控濺鍍系統 (RF magnetron sputtering system) 15
3-2 X光繞射系統(X-ray Diffraction, XRD) 17
3-3 穿透光譜儀 (Transmission specra, N&K Analyzer 1280)[30] 19
3-4 熱退火系統( Annealing system) 20
3-5 磁圓二色性光譜儀(Magnetic Circular Dichroism Spectormeter, MCD) 21
3-6 超導量子干涉儀(Superconducting Quantum Interference Device, SQUID) [34] 22
3-7 X光吸收譜(X-ray Absorption Spectroscopy, XAS ) 23
第四章 數據分析與討論 24
4-1 靶材製備 24
4-1-1 靶材配製 24
4-1-2 靶材元素比例確認 26
4-2 薄膜製備 28
4-3 數據分析 31
4-3-1 擬合(fitting)方法 31
4-3-2 10%-H-CZO-真空退火-1(高溫度點) 32
4-3-3 10%-H-CZO-真空退火-2(低溫度點) 38
4-3-4 10%-H-CZO-通氫退火 43
4-3-5 3%-H-CZO-真空退火 47
4-3-6 0%-H-CZO-通氧大氣退火 51
4-3-7 不同系列樣品比較 55
4-3-8 其他實驗-SQUID、XAS、MCD 59
4-3-8-1 X-ray absorption spectroscopy (XAS) 59
4-3-8-2 Magnetic Circular Dichroism (MCD) 60
4-3-8-3 Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) 62
第五章 結論 66
參考文獻 67
第六章 附錄 70
6-1 退火時間測試 70
6-2 低溫成長不同通氫量CZO 71
6-3 SIMS 縱深元素分析 73
參考文獻 References
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