Химическое осаждение из газовой фазы, структура и свойства тонких пленок ZnO, ZnO(Ga2O3) и ZnO(CoO)

• Автор: Бурова, Лидия Игоревна
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Оглавление

Оглавление.
Введение

Основные обозначения и сокращения.

1. Обзор литературы.

1.1. Кристаллическая и электронная структура

1.2. Оптические свойства .

1.3. Нестехиометрия и точечные дефекты в .

1.4. Электронная проводимость в . Легирование трехвалентными металлами

1.5. Осуществление дырочной проводимости в . Совместное донорноакдепторное

легирование.
1.6. Водород в
, 1.7. Тонкие пленки .
1.7.1 Подложки, используемые для осаждения тонких пленок , и ориентационные
отношения на границах пленка подложка.
1.7.2. Обзор методов получения эпитаксиальных пленок .
1.7.3. Получение тонких пленок методом V
1.8. Ферромагнетизм в
1.8.1. Природа магнетизма в полупроводниках, легированных магнитными ионами . . 1.8.2. , легированный Со. Экспериментальные данные
1.8.3. Магнитные свойства немагнитных оксидов.
2. Экспериментальная часть.
2.1. Исходные вещества
2.2. Осаждение пленок методом V.
2.3. Методы исследования
Сканирующая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ
Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения
Рентгенофазовый анализ
Спектроскопия рентгеновского поглощения СРП.
Эллипсометрия.
Спектроскопия резсрфордовского обратного рассеяния
Атомносшювая микроскопия .
Спектроскопия пропускания в УФвидимой области
v Электрические измерения
Магнитные измерения.
3. Результаты и обсуждение.
3.1. Кинетика осаждения пленок
3.2. Использованные нодложкии эпитаксиальные соотношения пленкаподложка
3.3. Тонкие пленки нелегированного
3.3.1. Структура и морфология поверхности пленок нелегированного
3.3.2. Электрические свойства пленок нелегированного .
3.3.3. Оптические свойства пленок нелегированного .
3.4. Тврдые растворы 03 и .
3.4.1. Образование твердых растворов 03.
3.4.2. Проводимость и прозрачность твердых растворов 0.
3.4.3. Образование твердых растворов СоО в
3.4.4. Электрические свойства пленок .
3.5. Магнитные свойства пленок
3.5.1. Магнитные свойства пленок .
3.5.2. Магнитные свойства пленок ислсгировашюго
3.5.2.1. Эпитаксиальные пленки на подложках из сапфира и ссапфира

3.5.2.2. Наноструктурированные пленки 7мО, полученные в условиях пирогидролиза
3.5.2.3. Эпитаксиальные пленки ТлО с вариантной структурой на подложке 24
4. Выводы.
Список литературы


Разбавленные магнитные полупроводники, к классу которых относится , легированный переходными металлами Со, Мп, представляют чрезвычайный интерес для создания нового поколения устройств хранения и записи информации, поскольку позволяют оперировать как электрическими так и магнитными степенями свободы в пределах одного и того же материала. Широкозонные РМП на основе , сочетая электрические и ферромагнитные свойства с оптической прозрачностью, открывают возможности для создания совершенно новых устройств спинтроники. Однако, применение большинства РМП затруднено в связи с их низкими температурами Кюри. Кобальт является перспективным легирующим компонентом для получения РМП С ВЫСОКИМИ Тс, однако сообщения о магнетизме , легированного кобальтом, чрезвычайно противоречивы. В то время как одни исследователи сообщают о высокотемпературном ферромагнетизме в пленках твердых растворов Еп,Со0, другие отрицают саму возможность этого. Такие противоречия связаны, в большой степени, с плохой воспроизводимостью магнитных свойств 2п,Со0, а также с тем, что природа ферромашетизма в РМП, несмотря на их интенсивное изучение, до сих пор неясна. Еще более оживленную дискуссию вызывают появившиеся в последнее время несистематические сообщения о наблюдении ферромагнетизма в нелегированном 7пО. Противоречивость этих сведений также связана с невыясненной ролью условий синтеза и реальной структуры обсуждаемых материалов, в особенности в форме тонких пленок. В связи с вышеизложенным, целью настоящей работы явилось установление взаимосвязи между условиями синтеза тонких пленок , твердых растворов гпОСа2Оз и гпОСоО методом МОСУЭ, структурными и физическими свойствами пленок. МГУ им. М.В. Оксид цинка является широкозонным полупроводником группа АПВУ1 с прямой запрещенной зоной 1 3. В 0К и структурой вюрцита, пространственная группа Рбзшс Су 1. В такой структуре, иногда называемой также цинкит рис. Зонная структура вюрцита представлена на рис. Зона проводимости 1 симметрия Г7 образована орбиталями цинка, а верх валентной зоны ВЗ О 2рсостояниями с примесью Ъп Збуровней. Валентная зона расщеплена на три подзоны называемые Л, В и С изза влияния кристаллического поля и спинорбиталыюго взаимодействия. Т4. Рис. Зонная структура гексагонального . Рис. Структура вюрцита . Сравнение важнейших физических свойств оксида цинка и нитрида галлия приведено в табл. Таблица 1. Параметры решегки, нм а 0. Молекулярный вес . Плотность, гсм3 5. Теплопроводность, ВтсмК 0. Л оси с 11. Коэффициент линейного термического расширения ГС 6. Л оси с 5. Статическая диэлектрическая константа 8. Коэффициент преломления 2. Л оси с 2. Запрещенная зона, эВ 0 К 3. Эффективная масса электрона Шс 0. Эффективная масса дырки 0. Оптические свойства оксида цинка изучаются большим количеством экспериментальных методик, в основном применяют спектроскопию оптического поглощения, пропускания и отражения, фотои катодолюминссцентную спектроскопию. Собственное поглощение и испускание 2пО обусловлено электронными переходами между зоной проводимостии тремя валентными подзонами экситонные переходы А, В и С, рис. Энергия связи экситона в 2п0 мэВ в 2. К квТ мэВ, что позволяет наблюдать экситонные эффекты в качественных монокристаллах и пленках 2пО при комнатной температуре. Гак, МшЬ с коллегами 6 определили коэффициент абсорбции, ширину запрещенной зоны и энергию связи экситонов А, В, С для пленок 7лЮ из спектров пропускания рис. Отмечается появление пика С в низкотемпературном спектре по сравнению со спектром при комнатной температуре, а также усиление экситонного пика А после отжига пленок в кислороде ч. С, что авторы связывают с уменьшением кислородной нсстсхиометрии 2п0 и улучшением кристалличности пленок. Кроме свободных экситонов, в 2пО прису тствуют связанные экситонные состояния, обусловленные наличием дефектов и примесей, которые создают дискретные энергетические уровни в запрещенной зоне и таким образом оказывают сильнейшее влияние на оптические свойства окиси цинка. Экситоны связываются на нейтральных или заряженных донорах или акцепторах, образуя связанные экситонные комплексы СЭК. Рис. Спектр пропускания пленки 2п0 толщина 0 нм, подложка СА2О3 6. На вставке пропускание вблизи края собственного поглощения б Коэффициент абсорбции и экситонная структура пленочных образцов 2пО. На вставке низкотемпературный спектр.