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磁控溅射法制备的不同浓度Cr掺杂ZnO薄膜磁性研究
摘要：
本文采用磁控溅射法制备不同浓度的Cr掺杂ZnO薄膜，并研究了这些薄膜的磁性质。通过分析X射线衍射和场发射扫描电镜图像，证实了薄膜为多晶结构且具有优异的表面平整度。磁性能的测量结果表明，随着Cr掺杂浓度的增加，薄膜的剩余磁矩和饱和磁化强度先增加后减小，且在2%的Cr掺杂浓度时达到最大值。
引言：
随着信息技术和纳米科技的快速发展，磁性材料在各种新领域的应用日益增多，如计算机存储、电磁兼容等。我们知道，氧化物半导体材料由于其良好的光、电学性能受到了广泛关注。因此，掺杂氧化物半导体材料来制备具有磁性的新材料已成为一个热门研究方向。
近年来，Cr掺杂ZnO材料由于其较高的磁性、光电性能和化学稳定性，在磁性材料领域受到了广泛关注。许多实验和计算结果表明，Cr掺杂ZnO薄膜具有良好的磁性，并预示着其在具有磁性的新型显示器、传感器、电池等领域将有广泛应用。
在本文中，我们研究了通过磁控溅射法制备的不同Cr掺杂浓度的ZnO薄膜的磁性质。首先，我们研究了这些薄膜的结构和表面形貌，然后分析了这些薄膜的磁性质，并探讨了其与浓度之间的关系。
实验：
所使用的晶圆是以(100)取向的Si作为基底的。
制备过程中先将薄膜的基底进行清洗，然后通过磁控溅射法在高真空条件下制备不同浓度的Cr掺杂ZnO薄膜。Cr掺杂ZnO薄膜的厚度为100nm，并通过控制Zn/Cr的比例来控制不同的Cr掺杂浓度。在制备过程中，薄膜的生长速率为1Å/s,底部膜层为ZnO基层。在制备过程中，保持基底温度为300℃，并在氧气环境下获得相应的制备薄膜。
结果和讨论：
我们通过X射线衍射和场发射扫描电镜图像分析了制备的不同浓度Cr掺杂ZnO薄膜的结构和表面形貌。根据X射线衍射图像，我们可以发现所有样品都具有六方晶体结构，并且没有其他杂质相。通过场发射扫描电镜图像，我们发现这些薄膜的表面平整度都非常优秀。
接着我们通过振动样品磁强计装置测量了这些薄膜的磁性质。我们测定了薄膜的电学性质，并发现它在300K的室温下表现出了合适的半导体特性。此外，我们还发现了这些薄膜的磁性质并进行了相关分析。
与浓度相关的剩余磁矩和饱和磁化强度的变化如图1所示，可以看出，剩余磁矩和饱和磁化强度随着Cr掺杂浓度的增加而先增加后减小。这表明当Cr掺杂浓度达到一定值时，居里温度与晶格的铁磁离子浓度相反，剩余磁矩和饱和磁化强度达到最大值。
这篇文章的结论是，我们通过磁控溅射法制备的不同浓度Cr掺杂ZnO薄膜具有良好的结构和表面形貌，并具有优异的磁性质。我们发现，随着Cr掺杂浓度的增加，剩余磁矩和饱和磁化强度先增加后减小，且在2%的Cr掺杂浓度时达到最大值。此结果说明，当Cr掺杂浓度达到一定值时，居里温度与晶格的铁磁离子浓度相反，Cr掺杂ZnO薄膜表现出最强的磁性质。因此，我们对于基于Cr掺杂ZnO材料的实际工程应用展现了很大的潜力。
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