专利名称：一种过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及稀磁半导体多晶薄膜的制备领域，尤其涉及一种过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜及其制备方法。
背景技术：
过渡金属(TM)掺杂ZnO基稀磁半导体是继GaAs后，又一个被外界寄予厚望、兼具导电与自旋特性的化合物半导体材料。T.Dietl等人预测该体系将具有高于室温的居里温度，有望应用在半导体自旋器件中(T.Dietl, H.0hno, F.Matsukura, J.Cibert, andD.Ferrand, Zener Model Description of Ferromagnetism in Zinc-Blende Magnetic Semiconductors, Science, 2000(287): 1019-1022)。限于对 ZnO 材料认知上的不足，众多的缺陷结构(主要是点缺陷)以及P型掺杂的困惑，阻碍了其应用发展的进程。作为ZnO功能应用的一个重要方面，其磁性研究的瓶颈也是相当突出，如获得的磁学特性很难重现、磁矩值较小且缺乏可信度、很难同时具备低电阻与高磁矩特点。最典型的情况就是，采用常规设备(脉冲激光沉积、磁控溅射)生长的TM掺杂ZnO薄膜，由于晶界散射比较严重，电阻率较大，很难进一步应用到自旋器件中；而且稀浓度掺杂诱导的铁磁交换机理缺乏大量的事实依据(需要大量的载流子)，这也是铁磁现象不稳定的原因之一。伴随ZnO缺陷工程的推进，大家逐渐意识到空位型缺陷(氧空位、锌空位)以及间隙型缺陷(锌间隙)也是可以辅助磁矩平行排列的，来自第三方(除TM离子、载流子外)辅助铁磁起源的理论也在悄然兴起。由于原生点缺陷极不稳定，使得缺陷辅助的铁磁稳定性与可重复性还有待进一步研究，人们迫切需要找到一种高效、可诱导铁磁双交换的掺杂剂。氢是半导体中普遍存在的元`素，常因生长环境的沾污被非故意引入。根据所处环境的不同，氢往往扮演着多样化的角色，对于ZnO材料，当它分布在间隙位时，通常作为浅施主贡献n型导电，若分布在缺陷附近，又可补偿本征施主，钝化悬键及缺陷态，这些性质大多已被学术界证实。最近的研究表明，氢元素可以通过桥连的方式增强TM离子间的自旋稱合，关于氢辅助ZnMnO、ZnCoO铁磁交换的理论研究已有报道(C.H.Park andD.J.Chadi，Hydrogen-mediated spin—spin interaction in ZnCoO，Physical ReviewLetters, 2005 (94): 127204)。尽管对应的实验研究已经开展，但H处理相关工艺参数的研究还甚少，特别是对TM掺杂的ZnO多晶薄膜体系。—般认为,氢原子在ZnO薄膜中的热稳定性较差,高温容易从中溢出，这是氢掺杂ZnO电导性能不稳定的主要原因。当ZnO体系中引入TM元素后，氢原子通常可以紧密地束缚在近邻的TM离子对(占据Zn位)周围，起到稳定结构的作用。目前氢元素故意掺杂的方法主要有三种:氢气环境退火、氢离子注入以及氢等离子体处理。前两种方法引入的氢元素热稳定性差，而采用电容耦合等离子体反应器产生的氢元素则会高效稳定许多(P.F.Caiand J.B.You, Enhancement of conductivity and transmittance of ZnO films by posthydrogen plasma treatment, Journal of Applied Physics, 2009(105):104-112)。另外，胶体化学法制备的掺杂ZnO纳米晶成分均一、兼容于喷墨打印工艺，使得成膜后的材料平整致密、缺陷种类单一，多晶结构使得引入的氢元素一部分分布在晶界附近，补偿点缺陷，提高电导(W.M.Kim, Y.H.Kim, J.S.Kim, J.Jeong, Y-J Baik, J-K Park, K.S.Lee, and T-Y Seong, Hydrogen in polycrystalline ZnO thin films,Journal ofPhysics D:Applied Physics, 2010 (43):365406),另一部分则会稱合TM离子产生铁磁双交换。关于氢等离子体处理TM掺杂ZnO多晶薄膜、增强铁磁稳定性的实验还鲜有报道，因此，开展这方面的系统研究将是一项夯实理论、深化应用的工作。
发明内容
针对现有技术中TM掺杂ZnO薄膜的电阻率较大，很难应用到自旋器件中，而且存在铁磁现象不稳定的问题，本发明提供一种光学性能良好、磁学性能稳定的过渡金属掺杂ZnO基多晶铁磁薄膜。一种过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜，构成所述铁磁多晶薄膜的材料为Zrvx (TM) x0 ;其中，TM为过渡金属元素Cu、Co或Mn，且对于Cu，0 < x < 0.03 ;对于Co或Mn，
0< X < 0.08。本发明还公开了所述的过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜的制备方法，由过渡金属及锌的醋酸盐前驱 体溶液制备TM掺杂ZnO纳米晶沉淀，然后经分散得到胶体纳米晶溶液，将TM掺杂ZnO纳米晶溶液经旋涂技术得到最终的过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜，为增强多晶薄膜的铁磁稳定性，还对多晶薄膜进行了氢等离子优化处理。一种过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜的制备方法，包括如下步骤:(I)将TM(CH3COO)JP Zn (CH3COO) 2按比例分别溶解于甲醇中，70 90°C下水浴回流60 120分钟，分别得到TM(CH3COO)2及Zn(CH3COO)2的醋酸盐前驱体溶液，；(2)将0.1 0.4mol/L的KOH甲醇溶液滴加至步骤I)得到的Zn(CH3COO)2前驱体溶液中，Zn (CH3COO) 2与KOH的摩尔比为1: 1.67 1: 2，70 90°C下水浴反应15 40分钟；(3)再向步骤2)的反应液中注入TM(CH3COO)2的前驱体溶液，待温度降至50 60°C后，补加与步骤2)中等量的0.1 0.4mol/L的KOH甲醇溶液，50 60°C恒温反应120 210分钟，得到TM掺杂ZnO纳米晶沉淀；(4)将步骤(3)得到的TM掺杂ZnO纳米晶沉淀纯化；(5)将步骤(4)得到的TM掺杂ZnO纳米晶沉淀充分溶解在三氯甲烷中，得到TM掺杂的ZnO胶体纳米晶溶液；(6)用三氯甲烷稀释步骤(5)得到的TM掺杂的ZnO胶体纳米晶溶液并过滤，旋涂在清洗过的衬底上，不超过100°c预烘干后退火处理，得到TM掺杂的ZnO基铁磁多晶薄膜；(7)对步骤(6)得到的TM掺杂的ZnO基铁磁多晶薄膜进行氢等离子处理。根据目标产物Zrvx (TM) x0的化学组成可知，步骤(I)中制备过渡金属及锌的醋酸盐前驱体溶液过程中，TM(CH3COO)2和Zn(CH3COO)2的投料摩尔比应为x:(l_x)，其中对于Cu，0 < X < 0.03 ;对于Co和Mn，0 < X < 0.08，以此比例分别溶解于甲醇中，经水浴回流分别得到TM(CH3COO)2及Zn(CH3COO)2的醋酸盐前驱体溶液。由于利用过渡金属及锌的醋酸盐前驱体溶液制备TM掺杂ZnO纳米晶沉淀的过程中会存在反应物剩余，因此还需进行洗涤纯化，作为优选，步骤(4)中TM掺杂ZnO纳米晶沉淀的纯化过程先用冰水冷却，再用甲醇和正辛胺洗涤。由于旋涂过程的转速会直接影响薄膜表面的平整度，因此为得到致密平整、附着性良好且透光度高的多晶薄膜，本发明优选，步骤(6)中旋涂过程的转速为2000 4000转
/分钟。作为优选，步骤(6)中所述的衬底为硅片或石英。经过旋涂技术得到的多晶薄膜还需经过退火处理，使得薄膜的结构更加致密，作为优选，步骤(6)中退火的条件为:600 900°C下Ar气氛中退火I 2小时。由于氢兀素分布在ZnO材料的间隙位时,通常作为浅施主贡献n型导电,若分布在缺陷附近，又可补偿本征施主，钝化悬键及缺陷态，增强铁磁稳定性，因此本发明采用氢等离子处理得到的多晶薄膜。作为优选，步骤(7)中氢等离子处理的条件为:本底气压低于5 X KT6Torr,工作气压为10 30mTorr，射频电源的功率为10 20W，衬底的温度为室温至150°C，处理时间为10 50分钟。本发明通过调节原料种类、比例、温度、时间等参量能够较好地控制掺杂纳米晶的尺寸及形貌，优化旋涂工艺、退火时间及氢等离子处理参数，可以得到厚度可调、致密平整、光学性能良好、磁学性能稳定的TM掺杂ZnO基多晶铁磁薄膜。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:I)使用较为简单的溶液法制备TM掺杂的ZnO铁磁多晶薄膜，工艺简单、成本低廉，充分兼容于平面印刷工艺，可在较大范围内调节掺杂浓度，并无分相情况出现；2)旋涂的纳米晶薄膜经退火处理后，结构致密平整、附着性良好、膜厚可控、透光度较高，室温下均表现明显的磁滞回线；
3)经过氢处理后的多晶薄膜，导电率可降低5 6个数量级，不仅提高了载流子浓度，也提高了薄膜的迁移率，材料电阻由高向低的转变证实了电学特性的改善；4)氢处理过后的TM掺杂ZnO多晶薄膜，热稳定性良好，可稳定到600°C左右无分相，不仅稳定了体系中的缺陷结构，而且避免了高温下氢元素扩散导致的电导损失；5)氢处理过后的多晶薄膜磁矩大小较处理前有了大幅度提高，有些甚至超过了理论原子磁矩值(如Cu掺杂)，证实氢元素在磁矩的高效利用上起着关键作用；6)本方法对材料后期处理工艺简单，仅需要一台射频磁控溅射设备便可实现薄膜的批量处理，适合大规模工业化生产；7)本发明得到的ZnO基高磁矩多晶薄膜不仅能够应用到量子自旋器件上，而且制备成本较低，为更多器件结构的设计提供了一种普适的方法。
图1 (a)是实施例1中氢等离子体处理后的Cu掺杂ZnO多晶薄膜的原子力显微镜照片；图1 (b)是实施例2中氢等离子体处理后的Co掺杂ZnO多晶薄膜的原子力显微镜照片；图1 (c)是实施例3中氢等离子体处理后的Mn掺杂ZnO多晶薄膜的原子力显微镜照片；图2 (a)是氢等离子处理前的TM (CuXo或Mn)掺杂ZnO多晶薄膜1-V特性曲线；
图2 (b)是氢等离子处理后的TM (CuXo或Mn)掺杂ZnO多晶薄膜1-V特性曲线；图3是氢等离子体处理后Cu掺杂ZnO多晶薄膜的断面SMS分析曲线；图4是氢等离子处理后TM (Cu、Co或Mn)掺杂ZnO多晶薄膜的室温磁滞回线对比；图5是氢等离子处理后TM(Cu、Co或Mn)掺杂ZnO多晶薄膜磁矩随温度变化(M-T)的曲线；图6是氢等离子处理后1.0%, 2.0%, 4.0%Cu掺杂ZnO薄膜的室温磁滞回线；图7是ZnO:Cu多晶薄膜在氢等离子处理前后的室温PL光谱对比图。
具体实施例方式本发明中，所用原料的纯度规格分别是:Zn (CH3COO) 2 (99.99%), Cu (CH3COO) 2(99.99%), Mn (CH3COO) 2 (98+%)，Co (CH3COO) 2 (99.995%), KOH 颗粒(85+%)，去离子水(尺=18.2110)，正辛胺(99+%)，三氯甲烷(色谱纯)，甲醇(分析纯)。衬底可以是硅片、石英片等抗磁信号明显的材料。实施例1I)将 0.4914g Zn (CH3COO)2、0.0103g Cu (CH3COO)2 粉末分别溶于 30mL 与 20mL 的甲醇溶液中，均于80°C下水浴回流60分钟，得到Zn(CH3COO)2和Cu(CH3COO)2的前驱体溶液；2)将I OmL0.2mol/L的KOH甲醇溶液滴加至步骤I)的Zn (CH3COO)2前驱体溶液中，80°C水浴反应15分钟后，继续添加Cu(CH3COO)2的前驱体溶液至上述溶液中，待温度降至60°C后，再补加IOmL0.235mol/L的KOH甲醇溶液，于60°C保温反应120分钟，得到2.0%Cu掺杂ZnO纳米晶产物；3)用冰水冷却终止反应，甲醇离心预洗涤3次，再将沉淀分散至20mL正辛胺中50°C胺浴处理60分钟，离心得到纯化后的Cu掺杂ZnO纳米晶沉淀；4)往上述制得的纳米晶沉淀中加入IOmL三氯甲烷使其充分溶解，然后用0.22 y m孔径的PTFE过滤器过滤，得到光学透过性良好的TM掺杂ZnO胶体纳米晶溶液；5)将单晶硅片依次用酒精、丙酮、去离子水超声清洗15分钟，然后用氮气将清洗后的硅片吹干，以3000转/分钟的转速将纳米晶溶液旋涂于清洗过的硅片衬底上，厚度约为500nm，60°C预烘干后，在900°C下Ar气氛中退火I小时，得到Cu掺杂ZnO多晶薄膜；6)将退火处理过后的薄膜置于射频磁控溅射腔体内，抽真空至真空度达到5 X 10_6Torr,然后在室温下通入氢气,使工作气压达到IOmTorr,打开衬底电源,设定功率为10W,产生氢气辉光，在氢气等离子体中曝光10分钟，制得氢等离子处理过的Cu掺杂ZnO多晶铁磁薄膜，表面形貌见图1 (a)中Cu掺杂ZnO多晶铁磁薄膜的原子力显微镜照片。为了直观掌握薄膜氢处理前后电阻的变化情况，我们对薄膜进行了 1-V特性测试，在此之前，采用电子束蒸发蒸镀一层Ti/Au电极以保证欧姆接触，具体结果见图2 (a)和图2 (b)(图2 (a)中ZnO:Mn和ZnO:Cu的1-V曲线几乎重合，图2 (b)中ZnO:Mn和ZnO:Co的1-V曲线几乎重合);二次离子质谱(SIMS)测试表明氢元素均匀分布在薄膜内部(见图3);多晶薄膜在室温下具有饱和的磁滞回线，见图4中ZnO:Cu曲线，磁矩随温度变化曲线，见图5中ZnO =Cu曲线，进一步表明所有样品的磁性起源都是本征的，并无二相杂质干扰，说明氢等离子体处理可以显著提高掺杂体系的结构稳定性，并且降低多晶薄膜的电阻率。
实施例2I)将 0.4914g Zn (CH3COO) 2、0.0396g Co (CH3COO) 2 粉末分别溶于 20mL 与 IOmL 的甲醇溶液中，均于65°C下水浴回流120分钟，得到Zn(CH3COO)2和Co(CH3COO)2的前驱体溶液；2)将20mL0.4mol/L的KOH甲醇溶液滴加至步骤I)的Zn (CH3COO)2前驱体溶液中，65°C水浴反应40分钟后，继续添加Co(CH3COO)2的前驱体溶液至上述溶液中，待温度降至50°C后，再补加20mL0.4mol/L的KOH甲醇溶液，于50°C保温反应210分钟，得到6.0%Co掺杂ZnO纳米晶产物；3)用冰水冷却终止反应，甲醇离心预洗涤5次，再将沉淀分散至30mL正辛胺中50°C胺浴处理90分钟，离心得到纯化后的Co掺杂ZnO纳米晶沉淀；4)往上述制得的纳米晶沉淀中加入15mL三氯甲烷使其充分溶解，然后用0.22 y m孔径的PTFE过滤器过滤，得到光学透过性良好的Co掺杂ZnO胶体纳米晶溶液；5)将单晶硅片依次用酒精、丙酮、去离子水超声清洗15分钟，然后用氮气将清洗后的硅片吹干，以2000转/分钟的转速将纳米晶溶液旋涂于清洗过的硅片衬底上，厚度约为300nm，80°C预烘干后，在600°C下Ar气氛中退火2小时，得到Co掺杂ZnO多晶薄膜；6)将退火处理过后的薄膜置于射频磁控溅射腔体内，抽真空至真空度达到5 X 10_6Torr,然后在室温下通入氢气,使工作气压达到IOmTorr,打开衬底电源,设定功率为10W,产生氢气辉光，在氢气等离子体中曝光20分钟，制得氢等离子处理过的Co掺杂ZnO多晶铁磁薄膜，表面形貌见图1 (b)中Co掺杂ZnO多晶铁磁薄膜的原子力显微镜照片。对应的1-V特性以及磁性测试结果详见图2 (a)、图2 (b)、多晶薄膜在室温下具有饱和的磁滞回线，见图4中ZnO =Co曲线，磁矩随温度变化曲线，见图5中ZnO =Co曲线。
实施例3I)将 0.4914g Zn (CH3COO)2、0.0194g Mn (CH3COO)2 粉末分别溶于 20mL 与 IOmL 的甲醇溶液中，均于70°C下水浴回流80分钟，得到Zn (CH3COO) 2和Mn (CH3COO) 2的前驱体溶液；2)将20mL0.3mol/L的KOH甲醇溶液滴加至步骤I)的Zn (CH3COO)2前驱体溶液中，70°C水浴反应30分钟后，继续添加Mn(CH3COO)2的前驱体溶液至上述溶液中，待温度降至50°C后，再补加20mL0.3mol/L的KOH甲醇溶液，于50°C保温反应150分钟，得到4.0%Mn掺杂ZnO纳米晶产物；3)用冰水冷却终止反应，甲醇离心预洗涤5次，再将沉淀分散至20mL正辛胺中50°C胺浴处理60分钟，离心得到纯化后的Mn掺杂ZnO纳米晶沉淀；4)往上述制得的纳米晶沉淀中加入IOmL三氯甲烷使其充分溶解，然后用0.22 y m孔径的PTFE过滤器过滤，得到光学透过性良好的Co掺杂ZnO胶体纳米晶溶液；5)将单晶硅片依次用酒精、丙酮、去离子水超声清洗15分钟，然后用氮气将清洗后的硅片吹干，以2500转/分钟的转速将纳米晶溶液旋涂于清洗过的硅片衬底上，厚度约为500nm，80°C预烘干后，在750°C下Ar气氛中退火1.5小时，得到Mn掺杂ZnO多晶薄膜；6)将退火处理过后的薄膜置于射频磁控溅射腔体内，抽真空至真空度达到5 X 10_6Torr,然后在室温下通入氢气,使工作气压达到IOmTorr,打开衬底电源,设定功率为15W,产生氢气辉光,在氢气等离子体中曝光30分钟,制得氢等离子处理过的Mn掺杂ZnO多晶铁磁薄膜，表面形貌见图1 (c)中Mn掺杂ZnO多晶铁磁薄膜的原子力显微镜照片。
对应的1-V特性以及磁性测试结果详见图2(a)、图2(b)、多晶薄膜在室温下具有饱和的磁滞回线，见图4中ZnO =Mn曲线，磁矩随温度变化曲线，见图5中ZnO =Mn曲线。实施例41)将 0.4914g Zn(CH3COO)2 粉末溶于 30mL 的甲醇溶液中，而 0.0051g、0.0103g 和
0.0206g Cu (CH3COO) 2则分别溶于20mL的甲醇溶液中，上述所有溶液均于80°C下水浴回流120分钟，得到四种前驱体溶液；2)将IOmL0.235mol/L的KOH甲醇溶液滴加至步骤I)的Zn(CH3COO)2前驱体溶液中，80°C水浴反应15分钟后，继续添加剩下三种Cu(CH3COO)2前驱体中的一种至上述溶液中，待温度降至60°C后，再补加IOmL0.235mol/L的KOH甲醇溶液，于60°C保温反应120分钟，通过添加上述不同浓度的过渡金属Cu醋酸盐前驱体溶液可分别获得理论掺杂浓度为
1.0%, 2.0%和4.0%Cu掺杂ZnO纳米晶产物；3)用冰水冷却终止反应，甲醇离心预洗涤3次，再将沉淀分散至20mL正辛胺中50°C胺浴处理60分钟，离心得到纯化后的Cu离子掺杂ZnO纳米晶沉淀；4)往上述制得的各种纳米晶沉淀中分别加入IOmL三氯甲烷使其充分溶解，然后依次用0.22 y m孔径的PTFE过滤器过滤，得到光学透过性良好的Cu掺杂ZnO胶体纳米晶溶液；5)将单晶硅片依次用酒精、丙酮、去离子水超声清洗15分钟，然后用氮气将清洗后的硅片吹干，以3000转/分钟的转速将纳米晶溶液旋涂于清洗过的硅片衬底上，厚度约为200nm，80°C预烘干后，在600°C下Ar气氛中退火2小时，得到Cu掺杂ZnO多晶薄膜；6)将退火处理过后的薄膜置于射频磁控溅射腔体内，抽真空至真空度达到5 X 10_6Torr,然后在室温下通入氢气,使工作气压达到IOmTorr,打开衬底电源,设定功率为10W，产生氢气辉光，在氢气等离子体中曝光20分钟，制得一组掺杂浓度可调、氢等离子处理过的Cu掺杂ZnO多晶铁磁薄膜。从图6的室温磁滞回线可以看出，对于H等离子体处理过的Cu掺杂ZnO薄膜，磁矩大小可通过掺杂量的调节进行优化，同样也可以说明ZnO中Cu掺杂的本征铁磁特性，且最优掺杂浓度在 2.0%左右；H元素的存在并未抑制Cu的深能级发射，反而增强ZnO的近带边发射，抑制晶界附近的点缺陷，参见图7。
权利要求
1.一种过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜，其特征在于，构成所述铁磁多晶薄膜的材料为Zrvx(TM)xO ;其中，TM为过渡金属元素Cu、Co或Mn，且对于Cu，0 < x < 0.03 ;对于Co或 Mn, O < X < 0.08。
2.根据权利要求1所述的过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将TM(CH3COO)2和Zn(CH3COO)2按比例分别溶解于甲醇中，70 90°C下水浴回流60 120分钟，分别得到TM(CH3COO)2及Zn(CH3COO)2的醋酸盐前驱体溶液，； (2)将0.1 0.4mol/L的KOH甲醇溶液滴加至步骤I)得到的Zn(CH3COO)2前驱体溶液中，Zn (CH3COO) 2与KOH的摩尔比为1: 1.67 1: 2，70 90°C下水浴反应15 40分钟； (3)再向步骤2)的反应液中注入TM(CH3COO)2的前驱体溶液，待温度降至50 60°C后，补加与步骤2)中等量的0.1 0.4mol/L的KOH甲醇溶液，50 60°C恒温反应120 210分钟，得到TM掺杂ZnO纳米晶沉淀； (4)将步骤(3)得 到的TM掺杂ZnO纳米晶沉淀纯化； (5)将步骤(4)得到的TM掺杂ZnO纳米晶沉淀充分溶解在三氯甲烷中，得到TM掺杂的ZnO胶体纳米晶溶液； (6)用三氯甲烷稀释步骤(5)得到的TM掺杂的ZnO胶体纳米晶溶液并过滤，旋涂在清洗过的衬底上，60 100°C预烘干后退火处理，得到TM掺杂的ZnO基铁磁多晶薄膜； (7)对步骤(6)得到的TM掺杂的ZnO基铁磁多晶薄膜进行氢等离子处理。
3.根据权利要求2所述的过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)中TM掺杂ZnO纳米晶沉淀的纯化过程先用冰水冷却，再用甲醇和正辛胺洗涤。
4.根据权利要求2所述的过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(6)中旋涂过程的转速为2000 4000转/分钟。
5.根据权利要求2所述的过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(6)中所述的衬底为硅片或石英。
6.根据权利要求2所述的过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(6)中退火的条件为:600 900°C下Ar气氛中退火I 2小时。
7.根据权利要求2所述的过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(7)中氢等离子处理的条件为:本底气压低于5X10_6Torr，工作气压为10 30m Torr,射频电源的功率为10 20W，衬底的温度为室温至150°C，处理时间为10 50分钟。
全文摘要
本发明公开一种过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜，构成该铁磁多晶薄膜的材料为Zn1-x(TM)xO；其中，TM为过渡金属元素Cu、Co或Mn，且对于Cu，0＜x＜0.03；对于Co和Mn，0＜x＜0.08。本发明还公开了上述过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜的制备方法，由过渡金属及锌的醋酸盐前驱体溶液制备TM掺杂ZnO纳米晶沉淀，然后经分散、旋涂得到过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜，为增强多晶薄膜的铁磁稳定性，改进输运特性，还进行了氢等离子优化处理。该方法工艺简单、成本低廉，可在较大范围内调节掺杂浓度，得到的多晶薄膜致密平整、附着性良好，室温下均表现明显的磁滞回线，可应用于量子自旋器件中。
文档编号C30B33/04GK103194798SQ20131011396
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月2日 优先权日2013年4月2日
发明者朱丽萍, 胡亮, 陈文丰, 何海平, 叶志镇 申请人:浙江大学