Abstract Atomic layer deposition (ALD) is an excellent method for depositing single-component thin films, but it is not a suitable technique for directly depositing multi-component films because different precursor sources usually require incompatible growing conditions. Therefore, an effective method to grow multi-component films by ALD is to prepare multi-layers films and then post-anneal them to form multi-component films. However, as has been reported so far, Kirkendall voids always inevitably form during post-annealing of ZnO/Fe3O4 thin films to form pure-phase zinc ferrite (ZnFe2O4) films, making it hard to obtain a compact zinc ferrite films without voids. Therefore, it is still challenging to prepare high-quality spinel films without voids by ALD. In this work, we used ALD to grow pure-phase and Kirkendall void-free ZnFe2O4 spinel thin films. The systematic transmission electron microscopy and selected area electron diffraction investigations prove that the as-grown ZnO and Fe3O4 thin films are composed of a number of nano-crystalline particles embedded in an amorphous matrix. This kind of unique microstructure is favorable for the thermal diffusion of elements during the solid-state reaction to form high-quality spinel films at a low temperature. The magnetic characterizations indicate that the obtained ZnFe2O4 thin films have a net magnetization, exhibiting ferrimagnetic behavior at room temperature and a very low blocking temperature TB=17K±2K.

中文翻译：

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无空隙ZnFe2O4薄膜的原子层沉积及其磁性能

摘要 原子层沉积（ALD）是一种很好的单组分薄膜沉积方法，但它不是直接沉积多组分薄膜的合适技术，因为不同的前驱体通常需要不兼容的生长条件。因此，通过 ALD 生长多组分薄膜的有效方法是制备多层薄膜，然后对其进行后退火以形成多组分薄膜。然而，正如目前报道的那样，在 ZnO/Fe3O4 薄膜后退火以形成纯相铁酸锌 (ZnFe2O4) 薄膜的过程中总是不可避免地形成柯肯德尔空洞，这使得很难获得没有空洞的致密锌铁氧体薄膜。因此，通过 ALD 制备无空隙的高质量尖晶石薄膜仍然具有挑战性。在这项工作中，我们使用 ALD 来生长纯相和 Kirkendall 无空隙 ZnFe2O4 尖晶石薄膜。系统的透射电子显微镜和选区电子衍射研究证明，生长的 ZnO 和 Fe3O4 薄膜由许多嵌入非晶基质中的纳米晶体颗粒组成。这种独特的微观结构有利于元素在固态反应过程中的热扩散，在低温下形成高质量的尖晶石薄膜。磁性表征表明，所获得的 ZnFe2O4 薄膜具有净磁化强度，在室温下表现出亚铁磁性，并且具有非常低的阻挡温度 TB=17K±2K。系统的透射电子显微镜和选区电子衍射研究证明，生长的 ZnO 和 Fe3O4 薄膜由许多嵌入非晶基质中的纳米晶体颗粒组成。这种独特的微观结构有利于元素在固态反应过程中的热扩散，从而在低温下形成高质量的尖晶石薄膜。磁性表征表明，所获得的 ZnFe2O4 薄膜具有净磁化强度，在室温下表现出亚铁磁性，并且具有非常低的阻挡温度 TB=17K±2K。系统的透射电子显微镜和选区电子衍射研究证明，生长的 ZnO 和 Fe3O4 薄膜由许多嵌入非晶基质中的纳米晶体颗粒组成。这种独特的微观结构有利于元素在固态反应过程中的热扩散，在低温下形成高质量的尖晶石薄膜。磁性表征表明，所获得的 ZnFe2O4 薄膜具有净磁化强度，在室温下表现出亚铁磁性，并且具有非常低的阻挡温度 TB=17K±2K。这种独特的微观结构有利于元素在固态反应过程中的热扩散，在低温下形成高质量的尖晶石薄膜。磁性表征表明，所获得的 ZnFe2O4 薄膜具有净磁化强度，在室温下表现出亚铁磁性，并且具有非常低的阻挡温度 TB=17K±2K。这种独特的微观结构有利于元素在固态反应过程中的热扩散，从而在低温下形成高质量的尖晶石薄膜。磁性表征表明，所获得的 ZnFe2O4 薄膜具有净磁化强度，在室温下表现出亚铁磁性，并且具有非常低的阻挡温度 TB=17K±2K。