脈衝雷射蒸鍍法蒸鍍氧化鋅及氧化釓鋅薄膜

Growth of Zinc Oxide and Zinc Gadolinium Oxide Thin Films by Pulsed Laser Deposition

簡志峰

指導教授 ： 駱芳鈺

國立臺灣師範大學/理學院/物理學系/碩士(2011年)

摘要

稀磁性半導體要能有實際應用，其應該要具備以下兩個條件：(1) 居禮溫度 (Curie temperature) 要在室溫以上，以及 (2) 其磁交互作用為RKKY 交互作用(Rudermann-Kittel-Kasuya-Yosida interaction)，即透過載流子作為媒介的磁交互作用 (charge-mediated interaction)。如此才能夠發展工作溫度在室溫以上的自旋電子學元件，並且有機會透過調變稀磁性半導體的載流子濃度來改變其磁性，進而調變自旋電子學元件的功能。

氧化鋅是一種Ⅱ-Ⅵ 化合物半導體，其室溫(300K)下能隙(band gap)高達3.37eV，光譜波長約為367nm，不過大部分直接觀察到的發光波長是在375nm附近，較能帶間隙較小，這能量差是因為氧化鋅的激子束縛能(exiton binding energy)約60meV。激子是半導體中電子及電洞因庫倫交互作用耦合而成。因為室溫(300K)相當於25meV，此時氧化鋅的激子尚未因熱擾動而游離，所以室溫下可存在，使氧化鋅成為極具潛力的藍光、近紫外光、白光等短波長光電元件材料。

釓(Gd)，原子序數為64，屬於鑭系元素，是稀土元素之一，其原子量157.25，原子半徑188pm，比鋅(Zn)135pm還大。而釓元素的電子組態是[Xe] 4f75d16s2，具有半填滿的4f軌域及5d軌域以及7.98 μB的原子磁矩 (atomic magnetic moment)，直觀上是稀土族元素之中最適合用來發展稀磁性半導體的稀土族元素

脈衝雷射蒸鍍是一種特別的物理氣相沈積法，具有高鍍膜速率，易控制其異質多成份化學計量組成及易於調控鍍膜系統等特點。

實驗使用脈衝雷射蒸鍍法在結晶的氧化鋁(藍寶石)基板上成長氧化鋅薄膜並摻雜釓元素來產生自旋流。

關鍵字

脈衝雷射蒸鍍法 ； 氧化鋅 ； 光致螢光 ； X光繞射

參考文獻

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