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研究生:吳瑞揚
研究生(外文):Rui-Yang Wu
論文名稱:錳-銀摻雜氧化鋅薄膜之稀磁性研究
論文名稱(外文):The study of Diluted Magnetism on Mn-Ag doped ZnO Thin Films
指導教授:王耀德王耀德引用關係
口試委員:呂輝宗洪魏寬
口試日期:2016-01-29
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:光電工程系研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:104
語文別:中文
中文關鍵詞:鐵磁性稀磁性半導體錳-銀摻雜超音波噴霧熱解法
外文關鍵詞:ferromagneticDMSMn/Ag dopedultrasonic spray pyrolysis deposition
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稀磁性半導體薄膜能夠被應用在自旋電子學的領域,具有傳統半導體所缺乏的鐵磁特性,可在現有的半導體元件上利用磁性質開發出新功能複合電子材料。
本研究使用超音波噴霧熱解法(ultrasonic spray pyrolysis deposition),在(100)矽基板上沉積氧化鋅薄膜,摻入銀成為p-type後,再摻入錳,成長出具有鐵磁性的氧化鋅薄膜。成長的樣品分別以X光繞射儀(XRD)、霍爾量測系統、表面磁光科爾效應儀(SMOKE)來分析銀摻雜之氧化鋅薄膜的結晶結構、導電特性、磁特性及磁滯曲線。由XRD及磁滯曲線分析得知,在0.015M醋酸鋅,噴霧距離3cm,基板溫度600℃,沉積10分鐘,1.5at%銀摻雜,1.0at%錳摻雜在本實驗成長的樣品中有最佳的鐵磁性且有最佳的(002)結晶結構。故本實驗可利用超音波噴霧熱解法於矽基板(100)上製備室溫下具有鐵磁性的稀磁性半導體。
Conventional semiconductors are notorious for their lack of ferromagnetism, making diluted magnetic semiconductors a far more superior choice when it comes to spintronics. We could utilize the magnetic properties of the existing semi-conductor components to create newly synthesized electrical materials.
In this study, we investigate the Mn-Ag doping effects on ZnO films deposited on the silicon substrate(100) by ultrasonic spray technique. First, we prepare p-type Ag-doped thin films, then dope with Mn ,growing ferromagnetic ZnO thin films.
The structural properties of ZnO thims are characterized by X-ray diffracition (XRD). The electric properties of ZnO thims are analyzed by Hall-effect measurement.The magnetism and hysteresis curve are analyzed by surface magneto-optic Kerr effect (SMOKE).
From the XRD and the hysteresis curve analysis, we conclude that we can obtain a much more promising crystal structure and ferromagnetism under the following settings: 0.015M Zinc acetate, a spraying distance of 3cm ,substrate temperature 600 oC, 10minutes deposing time, and 1.0at%, Mn with 1.5 at% Ag doped.
第一章 緒論
1.1 前言 1
1.2 研究目的 2
第二章 理論基礎 4
2.1氧化鋅材料介紹 4
2.1.1 氧化鋅的基本特性 4
2.1.2 氧化鋅的摻雜特性 7
2.1.3 p-type氧化鋅之摻雜 8
2.1.4過渡金屬在氧化鋅中的溶解度 9
2.2稀磁性半導體(DMS)的簡介 10
2.2.1何謂稀磁性半導體 10
2.2.2發展DMS的動機 11
2.2.3 DMS的歷史發展與現況 13
2.3 DMS 的理論發展 14
第三章 實驗流程與量測儀器 18
3.1薄膜沉積原理 18
3.2噴霧熱解系統 20
3.2.1噴霧熱解法理論 20
3.2.2超音波噴霧器 21
3.2.3超音波噴霧熱解法實驗步驟 23
3.2.4實驗材料 24
3.3 X-ray繞射量測分析 (XRD) 25
3.4霍爾量測系統(Hall Effect Measurement) 26
3.4.1 霍爾量測 26
3.4.2 干涉光譜膜厚量測 32
3.5表面磁光科爾效應(SMOKE)原理與實驗儀器 34
第四章 結果與討論 36
4.1 改變摻雜的銀濃度 36
4.2 改變摻雜的錳濃度 37
4.2.1 XRD分析 37
4.2.2導電特性分析 39
4.2.3磁滯曲線分析 42
第五章 結論 58
參考文獻 59
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