【摘 要】
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稀磁半导体(DMSs)是指由磁性离子(过渡金属离子或稀土金属离子)部分代替半导体中的非磁性离子形成的一类新型半导体材料。由于DMSs能同时利用电子的电荷属性和自旋属性，因而在
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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稀磁半导体(DMSs)是指由磁性离子(过渡金属离子或稀土金属离子)部分代替半导体中的非磁性离子形成的一类新型半导体材料。由于DMSs能同时利用电子的电荷属性和自旋属性，因而在自旋电子器件领域有着广阔的应用前景。ZnO半导体材料具有宽带隙(3.4 eV)和优异的光电性能，并能实现对于应用至关重要的室温铁磁性，因此，ZnO基DMSs-直是国际上新材料研究领域的热点之一。
采用电感耦合等离子体增强物理气相沉积(ICP-PVD)法制备了Cr掺杂ZnO薄膜。O-K边X射线吸收谱(XAS)结果证实薄膜中不存在Cr2O3、ZnCr2O4、CrO2等第二相。磁性测试结果表明Cr掺杂浓度对饱和磁化强度有直接影响。在不同氧分压下制备了Zn0.97Cr0.03O薄膜，磁力显微镜下可以观察到长程铁磁取向形成的条状结构，Cr-L2，3边XAS结果表明，随着氧分压的增大Cr3+逐渐转变为Cr6+。晶格应变和氧空位对磁性作用存在竞争关系，氧空位是调节Cr掺杂ZnO磁性的主要缺陷。
采用ICP-PVD法制备了不同Cr、Ga掺杂浓度的(Cr，Ga)双掺杂ZnO薄膜，Cr-L2，3边XAS结果表明，Ga掺杂使Cr离子发生了价态转变，主要以Cr2+形式存在。采用电子顺磁共振未明显观察到锌空位，锌填隙等缺陷相关的信号峰，霍尔效应和磁性测试结果表明，随着电子浓度的增加，磁性离子之间的铁磁耦合作用逐渐增强，这与束缚磁极子模型的预测一致。因此，我们提出Cr掺杂ZnO体系的铁磁性是由以氧空位为中心的束缚磁极子之间的铁磁性相互作用产生的。
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