Structural, morphological, optical and magnetic properties of RF sputtered Co doped ZnO diluted magnetic semiconductor for spintronic applications

Abstract

Tento článek popisuje výrobu a charakterizaci tenkých vrstev čistého a kobaltem dopovaného ZnO (obsah Co 4% a 7%), transparentního zředěného magnetického polovodiče (DMS) na Si a skleněných substrátech technikou RF magnetronového naprašování. Krystalická struktura a fáze tenkých vrstev byly analyzovány pomocí rentgenové difrakce (XRD), kterou byla potvrzena hexagonální wurtzitová struktura ZnO s mírným napětím mřížky a změnou orientace atomových rovin. XRD také potvrdilo, že tenké vrstvy vykazují významné linie (1 0 1) a (1 0 3) s polykrystalickou strukturou. Morfologie tenké vrstvy byla zkoumána skenovací elektronovou mikroskopií (SEM), která potvrdila změnu mikrostruktury a povrchu polykrystalických vrstev. Pomocí Energeticky disperzní rentgenové spektroskopie (EDS) v SEM byla změřeno složení vrstev a koncentrace (v%) každého přítomného prvku. Krystalické vlastnosti a morfologie kolmých řezů byl studovány transmisní elektronovou mikroskopií s vysokým rozlišením (HR-TEM). Průměrná tloušťka byla okolo 600 nm změřena v transmisním elektronovém mikroskopu na kolmém řezu. Difrakce elektronů vybrané oblasti (SAED) záznam z TEM pro Co (7%) dopovaný film vypovídá o polykrystalické struktuře vrstev. Optická propustnost vrstev na substrátech z corning skla byla zkoumána pomocí UV-vis spektrometru pro čistý ZnO i 4% a 7% Co dotované ZnO vrstvy, které odhalily optickou průhlednost 85%, 75% a 65%. Feromagnetismus za pokojové teploty dotovaných vrstev byl analyzován pomocí vibrační magnetometrie vzorku a magnetooptického Kerrova efektu. Bylo odhaleno, že feromagnetické chování filmů roste s obsahem „Co“ a výsledky byly podrobně diskutovány.