【摘 要】
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氧化铟（In2O3）作为一种重要的n型透明半导体材料,有着较宽的禁带宽度以及较小的电导率,使其在自旋电子器件领域有着广泛的研究前景。但是通过近几年的研究发现,未掺杂的In2O3薄膜的室温铁磁性相对较弱,大多都只有几emu/cm~3。这在一定程度上限制了In2O3的发展前景。同时,In2O3等金属氧化物半导体铁磁性的产生机制至今还未明确。所以为了使In2O3被广泛应用于各个领域,上述问题都急需解决。
【基金项目】
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国家自然科学基金（51701083）； 河北省自然科学基金（A2015202343,A2019202190）； 第三批河北省青年拔尖人才项目；
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氧化铟（In2O3）作为一种重要的n型透明半导体材料,有着较宽的禁带宽度以及较小的电导率,使其在自旋电子器件领域有着广泛的研究前景。但是通过近几年的研究发现,未掺杂的In2O3薄膜的室温铁磁性相对较弱,大多都只有几emu/cm~3。这在一定程度上限制了In2O3的发展前景。同时,In2O3等金属氧化物半导体铁磁性的产生机制至今还未明确。所以为了使In2O3被广泛应用于各个领域,上述问题都急需解决。本文通过直流磁控溅射的方法制备了具有较大比表面积的呈有序多孔结构的氧化铟薄膜,并通过对各类溅射参数的探究,制备了具有大室温铁磁性的氧化铟薄膜,对In2O3铁磁性的产生机制也进行广泛研究。本文的研究内容如下:1.通过单一控制氩氧比、溅射时间、溅射气压以及溅射功率中的任一参数,来探究溅射参数对有序多孔In2O3薄膜物性的影响。通过对不同溅射参数条件下所制得的In2O3薄膜的结构、形貌、室温铁磁性等特性的表征发现,采用恰当的溅射参数可提高薄膜的室温铁磁性。M-H曲线、PL光谱等随溅射参数的变化在一定程度上证实了薄膜室温铁磁性与氧空位在一定范围内是呈正相关的。2.通过测量不同溅射时间下制备的有序多孔In2O3薄膜在垂直膜面和平行膜面磁场的作用下所产生的室温铁磁性,发现有序多孔In2O3薄膜具有各向异性,垂直于膜面的方向为In2O3薄膜的易磁化方向。3.通过MPMS磁性测试研究了有序多孔的In2O3薄膜的室温铁磁性与退火环境的关系,发现在缺氧环境中退火会使薄膜中的室温铁磁性升高,在富氧环境中退火会使薄膜中的室温铁磁性降低。4.通过制备Ag/In2O3/Al2O3/Al电阻开关器件,并测试样品的I-V曲线和高低阻态下的磁滞回线,发现由Ag/In2O3/Al2O3/Al组成的RRAM器件,展现出了明显的双极性的电阻转变过程以及薄膜的磁性完全可由电场进行调控。
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