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ZnO基稀磁半导体的制备与性质研究

本论文利用溶胶-凝胶法和水热法制备了不同离子(Eu3+,Sm3+,Mn2+,Fe3+,Co2+,Ni2+)作为磁性杂质的ZnO 基稀磁半导体,并系统地研究了材料的薄膜、粉末和纳米结构的结晶特性、结构形态和光、电、磁性质。溶胶-凝胶法制备的薄膜的晶体为c 轴取向生长的六方纤维锌矿结构。薄膜的取向生长受烧结气氛、烧结温度和掺杂离子浓度的影响,其中烧结气氛是影响薄膜取向生长的最直接、最显著因素。随着烧结气氛中氧含量的减小,薄膜的沿c 轴生长的趋势加强。此外,烧结温度的提高也增强薄膜沿c 轴生长的趋势,但掺杂离子浓度的增加却抑制薄膜的c 轴取向生长特性。通过薄膜表面形态的研究发现,在空气中烧结的薄膜由立方晶粒构成,而在真空中烧结的样品则由不规则的片状晶粒组成。组成薄膜的多晶颗粒粒径小于100nm,15 层薄膜的膜厚为357~366nm。掺杂离子在薄膜中均匀分布,成膜过程不改变掺杂离子(Eu3+,Sm3+,Mn2+,Fe3+,Co2+,N  (本文共142页) 本文目录 | 阅读全文>>

山东师范大学
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ZnO基稀磁半导体薄膜材料的PLD制备及其性质研究

以载流子电荷的运输为基础的半导体工业掀起了第三次技术革命,极大地推动了社会的发展和科技的进步。而今电子器件的运行速度和存储密度己越来越接近其理论极限值,已成为制约半导体技术、信息技术及电子产品发展的瓶颈。目前使用的电子器件完全忽略了电子的另一个自由度—自旋。自旋电子器件同时运用电子的电荷和自旋两种属性,与传统的半导体器件相比,自旋电子器件具有速度快、体积小、能耗低、非易失性等优点,因此自旋电子器件的应用无疑将会给未来的半导体技术、信息技术及电子产品带来崭新的面貌。制备具有室温或高于室温铁磁性的稀磁半导体材料(DMSs)是成功制造自旋电子器件的关键。经过数十年的研究,人们逐渐发现并认识了DMSs材料的许多新奇的物理性质。然而,所制备的DMSs材料的居里温度很低,使人们对DMSs材料的研究一度陷入沉寂。2000年,Dietl等人预言了在具有宽带隙的氧化物半导体中掺入钴等过渡金属离子,有可能在室温下产生磁性后,人们又掀起了对具有室温或...  (本文共144页) 本文目录 | 阅读全文>>

江苏大学
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过渡元素掺杂ZnO稀磁半导体的制备及性质研究

稀磁半导体是指非磁性半导体基体(例如ZnO,TiO2,SnO2,In2O3等)的部分离子被过渡族金属离子替代,并具有磁性的半导体。在这些非磁性基体中,由于ZnO具有宽能带(3.37eV)和较大的激发能(60meV),因此ZnO基稀磁半导体最近几年得到了广泛的关注。居里温度达到或超过室温的稀磁半导体(DMSs)在自旋电子器件领域(例如磁随机存储、光频隔离器、量子计算机等)有着潜在的应用价值。因此,过渡元素掺杂ZnO稀磁半导体的制备及性质研究具有重大的意义。本文利用溶胶-凝胶法和化学溶液沉积法制备了过渡金属掺杂ZnO样品,并采用X射线衍射仪、透射电镜、X射线光电子能谱、X射线精细结构分析技术、振动样品磁强计、紫外显微拉曼-荧光光谱仪等测试手段对样品的结构、磁性及发光特性进行了系统地研究。首先,利用溶胶-凝胶法和化学溶液沉积法制备了Co掺杂ZnO样品。研究结果表明,对于Co掺杂ZnO纳米颗粒而言,样品在室温下具有铁磁性,且样品的饱和磁...  (本文共163页) 本文目录 | 阅读全文>>

重庆大学
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ZnO基稀磁半导体的制备与性质研究

近年来,基于对电子自旋态的产生、输运、控制等的研究,导致了一门新的学科——自旋电子学的诞生。由于自旋电子器件能同时利用电子的电荷属性和自旋属性,它有可能成为电子科学与技术的新革命。稀磁半导体作为自旋电子学的重要基础,目前引起了科学界的广泛关注。稀磁半导体(DMS)是目前国际上研究的热门课题,研究最为广泛的是过渡族金属掺杂的ZnO所制成的DMS。尽管理论和实验上已经取得了可喜的结果,但是到目前为止,虽然人们对磁性半导体的微结构、磁性、电子输运、磁电阻、光学、磁光等性质都作了一些研究,然而来自不同研究小组的结果很不一致,甚至互相矛盾。其中氧化物磁性半导体的磁性起源是争论的焦点。研究者认为磁性可能来源于载流子诱导的交换作用、双交换作用等内禀的机制,也有可能是由于过渡元素在半导体中的溶解渡偏低而形成的铁磁性杂质相而引起的。因此还有许多问题有待于更进一步的研究。本文主要在ZnO基DMS方面开展了一些研究工作。①利用溶液腐蚀法制备了Mn2+...  (本文共102页) 本文目录 | 阅读全文>>

《材料导报》2011年14期
材料导报

过渡金属(Mn~(2+)、Ni~(2+)、Fe~(3+)、Cu~(2+))掺杂ZnO基稀磁半导体的制备及性质

0引言稀磁半导体(Diluted magnetic semiconductor,DMS)是指利用磁性过渡族金属元素或稀土金属元素部分替代Ⅱ-Ⅵ族[1,2]、Ⅳ-Ⅵ族[3,4]、Ⅱ-Ⅴ族[5]或Ⅲ-Ⅴ[6]族等半导体中的非磁性元素后形成的一类新型半导体合金材料。ZnO为宽带隙半导体,室温下的禁带宽度等于3.35eV,激子结合能为60meV,晶体结构为六方纤锌矿结构,晶格常数a=0.325nm,c=0.512nm。正是由于ZnO具有这些得天独厚的结构和物理性质,人们针对ZnO掺杂的稀磁半导体体系在理论研究和实际应用方面都开展了大量的工作。K.Sato等利用基于局域密度近似计算了过渡金属掺杂ZnO的电子结构[7]。计算结果表明,对于本征的ZnO∶TM材料(TM为过渡金属),V、Cr、Fe、Co、Ni掺杂的ZnO表现为铁磁态稳定,Mn掺杂ZnO则表现为反铁磁态稳定,但是可以通过加入N和Ga改变半导体的导电类型使其表现为铁磁态。理论上对Z...  (本文共6页) 阅读全文>>

河北师范大学
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GaN基稀磁半导体的制备与性质研究

稀磁半导体(Diluted Magnetic Semiconductors,DMSs)是一种由磁性过渡族金属离子或稀土金属离子部分替代非磁性半导体中的阳离子所形成的新的一类半导体材料。它集电子的电荷和自旋于一体,使之具有了半导体的电荷输运特性和磁性材料的信息存储特性,从而使DMS具有了一些奇异的性质。目前,稀磁半导体已经成为了国内外研究的热门课题,而GaN作为宽带隙的半导体材料也受到了人们的关注,并且在理论和实验上都取得了一些成果。但仍存在一个难题——铁磁性的起源问题,一直还存在着争议,没有得到一致的结果。为了对这一问题进一步研究,本文在GaN基DMS材料方面做了一些研究工作。本文采用的是两步法,第一步是制备镓锰(镓铁)氧化物,第二步为高温氨化。1. GaMnN系列样品:溶胶凝胶方法制备一系列改变Mn浓度的样品和利用固相反应法及磁控溅射法制备的Ga0.95Mn0.05N粉体及薄膜样品。所有样品经XRD检测均为六角的纤锌矿结构,并...  (本文共70页) 本文目录 | 阅读全文>>