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Co-ZnO颗粒膜磁电阻效应的研究

作　者: 程龙
导　师: 李小丽
学　校: 山西师范大学
专　业: 化学
关键词: 磁控溅射 Co-ZnO颗粒膜磁电阻效应缓冲层
分类号: O611.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

磁电阻效应因其在信息技术领域广阔的应用前景一直是人们研究的焦点。到目前为止，人们在多层膜和颗粒膜中均观察到了磁电阻效应。在这些多层膜和颗粒膜中的非磁基体主要是金属和绝缘体，采用半导体作为基体的较少。本文选择ZnO半导体作为非磁基体，设计并采用磁控溅射方法以多层膜形式沉积了Co-ZnO颗粒膜，研究了各种缓冲层以及沉积温度对Co-ZnO颗粒膜结构、磁性和磁电阻效应的影响，并对磁电阻效应的产生机制进行了探究。在以往有关Co-ZnO颗粒膜的研究中，人们往往通过优化Co和ZnO的相对含量来改善薄膜的磁电阻效应。本文中，首先研究了ZnO缓冲层对Co-ZnO颗粒膜磁电阻效应的影响。通过对未沉积缓冲层以及沉积不同厚度ZnO缓冲层的ZnO（0¹50nm）/[Co（0.6nm）/ZnO（0.7nm）]₁₀薄膜进行X射线衍射、俄歇电子能谱以及透射电镜的分析，我们发现：尽管以多层膜形式沉积了[Co（0.6nm）/ZnO（0.7nm）]₁₀薄膜，但是它实际表现为颗粒膜结构，而且由于有无缓冲层以及不同厚度ZnO缓冲层的影响，薄膜中Co颗粒尺寸各异。因此，薄膜表现为大小不等的金属Co颗粒分散在ZnO半导体基体中的结构。沉积一定厚度的ZnO缓冲层有利于薄膜磁电阻效应的改善，其中ZnO（100nm）/[Co（0.6nm）/ZnO（0.7nm）]₁₀薄膜的室温磁电阻值高达-13.5%。其次，为了进一步探究具有ZnO缓冲层的Co-ZnO颗粒膜磁电阻效应改善的原因，设计了无定形的α-C作为插层的ZnO/α-C/[Co（0.6nm）/ZnO（0.7nm）]₁₀薄膜以及ZnAlO作为缓冲层的ZnAlO/[Co（0.6nm）/ZnO（0.7nm）]₁₀薄膜。结果发现：和ZnO/[Co（0.6nm）/ZnO（0.7nm）]₁₀薄膜相比， α-C作为插层的ZnO/α-C/[Co（0.6nm）/ZnO（0.7nm）]₁₀薄膜的磁电阻效应迅速较小，而且α-C插层越厚，薄膜的磁电阻值越小；ZnO中掺入极少量Al作为缓冲层的ZnAlO/[Co（0.6nm）/ZnO（0.7nm）]₁₀薄膜的磁电阻效应也迅速较小。综合分析薄膜的结构、磁电阻效应、电阻等，我们发现：薄膜的磁电阻值与其电阻、Co的晶粒尺寸密切相关。较小的Co颗粒和较高的缓冲层电阻有利于薄膜磁电阻效应的改善。最后，设计了[Co（0.6nm）/ZnO（0.7nm）]₁₀/ZnO/[Co（0.6nm）/ZnO（0.7nm）]₁₀薄膜，其中ZnO中间层的厚度以及顶、底[Co（0.6nm）/ZnO（0.7nm）]₁₀层的沉积温度可调。结果发现：随着ZnO中间层厚度的逐渐增大，室温沉积的[Co（0.6nm）/ZnO（0.7nm）]₁₀/ZnO/[Co（0.6nm）/ZnO（0.7nm）]₁₀薄膜的磁电阻值表现出振荡现象；一旦在较高的温度下沉积薄膜，其磁电阻效应、电阻都迅速减小，同时磁电阻曲线在矫顽力处出现明显的双峰，这是薄膜中Co颗粒尺寸增大所引起的。总之，通过研究ZnO、α-C、ZnAlO等缓冲层以及沉积温度对Co-ZnO颗粒膜磁电阻效应的影响，发现薄膜的磁电阻效应与其电阻以及Co颗粒大小密切相关。本研究将为理解和分析颗粒膜特别是铁磁金属-半导体颗粒膜的磁电阻效应提供参考。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
1 综述  10-18
  1.1 引言  10
  1.2 正常磁电阻效应  10-11
  1.3 各向异性磁电阻效应  11
  1.4 巨磁电阻效应  11-12
  1.5 隧道磁电阻效应  12-13
  1.6 庞磁电阻效应  13-14
  1.7 铁磁金属-半导体体系中的磁电阻效应  14-16
  1.8 本论文的思路和工作安排  16-18
2 薄膜的制备及分析表征  18-28
  2.1 薄膜的制备  18-21
    2.1.1 前言  18
    2.1.2 基片清洗  18-19
    2.1.3 磁控溅射方法制备薄膜  19-21
  2.2 薄膜的结构及性能表征  21-28
    2.2.1 薄膜的结构表征  21-24
    2.2.2 薄膜的磁性表征  24-26
    2.2.3 薄膜磁电阻效应的表征  26-28
3 ZnO 缓冲层对 Co-ZnO 颗粒膜结构和性能的影响  28-36
  3.1 引言  28
  3.2 实验过程  28-29
  3.3 Co-ZnO 颗粒膜的结构  29-32
  3.4 Co-ZnO 颗粒膜的磁性  32-33
  3.5 Co-ZnO 颗粒膜的室温磁电阻效应  33-34
  3.6 本章小结  34-36
4 ZnAlO、C 缓冲层对 Co-ZnO 颗粒膜磁电阻效应的影响  36-44
  4.1 引言  36
  4.2 实验过程  36
  4.3 具有不同缓冲层的 Co-ZnO 颗粒膜的结构  36-39
  4.4 不同缓冲层对 Co-ZnO 颗粒膜磁电阻效应的影响  39-40
  4.5 Co-ZnO 颗粒膜磁电阻效应的分析  40-43
  4.6 本章小结  43-44
5 不同温度下沉积的 Co-ZnO/ZnO/Co-ZnO 薄膜的磁电阻效应  44-50
  5.1 引言  44
  5.2 实验过程  44-45
  5.3 室温沉积的 Co-ZnO/ZnO/Co-ZnO 薄膜  45-46
  5.4 不同温度下沉积的 Co-ZnO/ZnO/Co-ZnO 薄膜  46-49
  5.5 结论  49-50
6 结论  50-52
致谢  52-54
参考文献  54-60
附录  60
  攻读学位期间发表的论文  60

Co-ZnO颗粒膜磁电阻效应的研究

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