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铁掺杂氧化铟薄膜的制备及磁性和输运性质研究
摘要：本文研究了铁掺杂氧化铟薄膜的制备、磁性和输运性质。研究表明，在一定范围内掺杂铁可以显著改变氧化铟的磁性和输运性质。通过化学气相沉积技术，制备了不同掺杂浓度的铁掺杂氧化铟薄膜。经过磁性和输运性质测试，发现随着铁掺杂浓度的提高，磁性和输运性质均发生了明显的变化。在适宜的掺杂浓度范围内，铁掺杂氧化铟薄膜具有优良的磁性和输运性质。
1.引言
氧化铟是一种重要的半导体材料，在电子学、光电子学和功率电子学等领域都有广泛的应用。然而，由于氧化铟的禁带宽度较大，室温下的载流子浓度和迁移率较低，限制了其在某些领域的应用。因此，研究氧化铟的掺杂和合金化成为了科研工作者关注的热点。铁是一种重要的磁性元素，其掺杂能够显著改变氧化铟的磁性和输运性质。因此，本文选择氧化铟作为主体材料，研究了铁掺杂氧化铟薄膜的制备和磁性、输运性质。
2.实验方法
采用化学气相沉积技术制备铁掺杂氧化铟薄膜，沉积反应采用气相反应SiCl4+2O2→SiO2+Cl2。在沉积时向反应室中通入FeCl2源，使Fe掺杂到氧化铟薄膜中。在沉积过程中，掺杂浓度从0％逐渐增加到10％。薄膜厚度约为200nm。经过沉积后，采用X射线衍射仪（XRD）和场发射扫描电镜（FESEM）对薄膜的晶体结构和形貌进行了表征。磁性和输运性质的测试采用超导量子干涉仪（SQUID）和霍尔效应测试仪。
3.结果与分析
3.1.XRD和FESEM表征
XRD图谱如图1所示。
（图1XRD图谱）
可以看出，所有薄膜的衍射峰位于（222）晶面，这表明所有的氧化铟薄膜都具有偏于立方结构。随着铁掺杂浓度的增加，图谱的峰位逐步向高角度移动。这是由于铁原子通过替代氧化铟薄膜的In原子，引入了晶格畸变。FESEM照片如图2所示。
（图2FESEM照片）
可以看到，所有薄膜的表面都很光滑，无明显缺陷。通过比较不同掺杂浓度的薄膜，发现随着铁掺杂浓度的增加，薄膜的表面变得更加致密和光滑，这可能是由于掺杂使晶体结构更加完整和紧密。
3.2.磁性测试结果
通过SQUID对铁掺杂氧化铟薄膜进行磁性测试，结果如图3所示。
（图3铁掺杂氧化铟薄膜的磁性测试结果）
可以看出，所有薄膜均表现出明显的磁性。随着铁掺杂浓度的增加，磁性逐渐增强。这可能是由于铁原子的掺杂引起了氧化铟薄膜的晶格畸变，进而改变了其电子结构，使之从无序排列向有序排列的超顺磁性转变。在适宜的掺杂浓度范围内，铁掺杂氧化铟薄膜表现出了优良的磁性，这为氧化铟在磁电存储领域的应用提供了新的思路。
3.3.输运性质测试结果
通过霍尔效应测试仪对铁掺杂氧化铟薄膜进行输运性质测试，结果如图4所示。
（图4铁掺杂氧化铟薄膜的输运性质测试结果）
可以看出，在较低掺杂浓度下，铁掺杂氧化铟薄膜的载流子浓度和迁移率均得到了显著的提高。当掺杂浓度过高时，载流子浓度和迁移率却显著下降。这可能是由于过量的掺杂导致了太多的不同类型的杂质电荷，使其在提供载流子时产生了太多的散射中心。因此，在适宜的掺杂浓度范围内，铁掺杂氧化铟薄膜表现出了优异的输运性质。
4.结论
通过化学气相沉积技术，制备了不同掺杂浓度的铁掺杂氧化铟薄膜。研究表明，在一定范围内掺杂铁可以显著改变氧化铟的磁性和输运性质。通过磁性和输运性质测试，发现随着铁掺杂浓度的提高，磁性和输运性质均发生了明显的变化。在适宜的掺杂浓度范围内，铁掺杂氧化铟薄膜具有优良的磁性和输运性质。本研究对于氧化铟在磁电存储等领域的应用具有推广和应用价值。