收藏本站
《南开大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

ZnO基宽禁带稀磁半导体材料的制备及性能研究

张晓  
【摘要】:以ZnO为代表的宽禁带半导体材料具有优异的电学和光学性能,并且理论计算预言了一定浓度掺杂的ZnO材料具有室温铁磁性,因此对ZnO基稀磁半导体材料的制备、铁磁性起源机理、自旋相关输运性质的研究具有重要的理论意义和应用前景,已成为当前自旋电子学、材料科学和凝聚态物理学最为活跃的研究领域之一 本论文采用磁控溅射的方法制备了CrxZn1-xO薄膜、Zn/ZnO双层膜、多层膜以及Znx(ZnO)1-x颗粒膜,并对其结构、成分及自旋相关的电磁输运性能进行了系统的研究,并对ZnO基稀磁半导体铁磁性机理进行了探讨。 实验制备了多晶Cr掺杂ZnO稀磁半导体薄膜。结构和成分测量结果表明,薄膜具有ZnO纤锌矿结构,在仪器测试精度范围内,没有观察到铁磁性杂质,掺杂的Cr离子进入ZnO晶格替代Zn原子与氧化合。磁性测量结果表明,不同Cr掺杂浓度样品均具有室温铁磁性,Cr掺杂浓度为1.1%的样品,饱和磁矩达到最大值0.65μB/Cr,随着Cr掺杂浓度的增加样品铁磁性减小。不同Cr掺杂浓度样品的电阻率大于106Ωcm。退火处理后,薄膜的微观结构得到改善,但仍然保持绝缘,并且系统磁性减小。由于Cr及Cr的氧化物中只有Cr02具有铁磁性,居里温度为386 K。实验通过磁性测量表明Cr0.011Zn0.989O薄膜的居里温度高于395 K,排除了CrO2铁磁性相对薄膜铁磁性的影响,证明Cr掺杂ZnO薄膜表现出的铁磁性是材料的内禀属性。 实验通过改变氧气分压条件,结合光致发光光谱与磁性测量,研究了氧空位、锌填隙等本征点缺陷与体系铁磁性的内在联系。荧光光谱测量结果表明不同氧分压条件制备的Cr0.01Zn0.99O薄膜中主要存在的点缺陷包括VZn,Oi,Zni,和Vo。Zni缺陷在薄膜中的相对含量与薄膜磁性随氧气分压的变化趋势相同。从实验上证明了掺杂ZnO薄膜中存在的本征点缺陷对Zni于薄膜的铁磁性有重要的影响,改变过渡金属Cr的掺杂浓度和氧气分压条件可以改变过渡金属掺杂ZnO体系中Zn,的含量,从而引起材料宏观铁磁性的变化。 实验制备了Zn/ZnO双层膜、多层薄膜以及Znx(ZnO)1-x(x=0~0.31)颗粒薄膜,构造了Zn和ZnO异质结构。磁性测量结果表明,制备态的Zn/ZnO双层膜为抗磁性,经过真空退火处理后,样品具有铁磁性,600℃空气退火双层膜铁磁性消失。制备态的[Zn/ZnO]3多层膜具有铁磁性,600℃空气退火2小时多层膜铁磁性不消失。不同Zn含量的Znx(ZnO)1-x颗粒膜均具有室温铁磁性,样品饱和磁化强度随Zn含量的增大而增加,当x=0.31时,颗粒膜饱和磁化强度达到最大3.34emu/cc。600℃空气退火温度薄膜铁磁性消失,降温后薄膜又表现出铁磁性。结构和磁性分析结果表明,界面层或ZnO中的本征缺陷Zni是材料铁磁性产生的主要原因。对Zn0.31(ZnO)0.69颗粒膜磁化强度随温度的变化关系曲线拟合结果表明,在50~600 K这样一个很大的温度范围内,颗粒膜磁性符合弱巡游铁磁性理论模型中单个粒子激发和局部自旋密度涨落共同作用的理论公式,当温度高于600 K时,颗粒膜磁性随温度的变化关系符合弱巡游铁磁性理论模型中对于高温区局部自旋密度涨落的理论公式。从而给出了ZnO稀磁半导体符合弱巡游铁磁性模型的实验证据。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李博睿;官文杰;;Co掺杂的ZnO基稀磁半导体薄膜的制备[J];大众科技;2010年08期
2 赵青;顾浩;罗伟;严密;;溶胶-凝胶法制备Fe掺杂ZnO基稀磁半导体的结构与磁性[J];功能材料;2007年11期
3 刘学超;施尔畏;张华伟;宋力昕;陈之战;;ZnO基稀磁半导体薄膜材料研究进展[J];无机材料学报;2006年03期
4 卓世异;刘学超;熊泽;陈之战;杨建华;施尔畏;;非磁性元素掺杂ZnO稀磁半导体研究进展[J];人工晶体学报;2011年04期
5 侯登录;赵瑞斌;;氧空位对Fe掺杂ZnO的铁磁性的影响[J];商丘师范学院学报;2008年12期
6 王爱华;张丽伟;张兵临;姚宁;;过渡金属掺杂ZnO稀磁半导体铁磁特性研究进展[J];人工晶体学报;2008年01期
7 赵德友;徐光亮;刘桂香;彭龙;;Al-N共掺杂ZnO:Mn稀磁半导体薄膜的结构与性能[J];电子元件与材料;2010年06期
8 徐明;胡志刚;吴艳南;周海平;徐禄祥;周勋;;过渡金属掺杂ZnO稀磁半导体的发光特性[J];材料导报;2010年19期
9 王古平;;过渡金属掺杂ZnO稀磁半导体分析技术的研究现状[J];材料导报;2010年S2期
10 曾宪庭,王豫,王士良,陈洗;Al掺杂对ZnO压敏材料性能影响的研究[J];传感器技术;1992年01期
11 娄向东,沈荷生,沈瑜生;ZnO/SnO_2双层膜的结构及敏感特性研究[J];传感技术学报;1995年02期
12 赵金安,张惠勤;SnO_2/ZnO及ZnO/SnO_2双层膜的气敏性质[J];化学研究;1999年04期
13 易贵华,尹洪禹;沉积ZnO膜的MOCVD装置的研制[J];真空;2001年06期
14 徐彭寿,徐彭寿,孙玉明,施朝淑,徐法强,潘海斌,施朝淑;ZnO及其缺陷电子结构对光谱特性的影响[J];红外与毫米波学报;2002年S1期
15 蒋向东,张怀武,黄祥成;透明导电半导体ZnO膜的研究[J];应用光学;2002年02期
16 郭广生,郑东华,危晴,郭洪猷;激光蒸凝法制备纳米氧化锌粒子的研究[J];应用激光;2004年03期
17 杨留方,赵景畅,吴兴惠;掺杂ZnO臭氧敏感特性研究[J];仪表技术与传感器;2000年12期
18 郭宝增,王永青,宗晓萍,孙荣霞,宋登元,Umberto Ravaioli,Maritin Staedele;ZnO材料的电子输运特性[J];半导体学报;2003年07期
19 贺洪波,范正修,姚振钰,汤兆胜;GaN蓝光材料新型ZnO/Si外延衬底的溅射沉积[J];中国科学E辑;2000年02期
20 张萌;王应民;徐鹏;蔡莉;李禾;程国安;刘庭芝;;用锌有机源和CO_2/H_2混合气源PECVD沉积ZnO薄膜[J];光学学报;2006年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 江浩;顾锋;李春忠;;水含量对溶剂热合成ZnO微结构的影响[A];中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集(上)[C];2008年
2 沈伟;彭德全;沈晓丹;;先进无机材料表面的金属化—ZnO薄膜技术[A];全国第六届SMT/SMD学术研讨会论文集[C];2001年
3 沈伟;彭德全;沈晓丹;;先进无机材料表面的金属化——ZnO薄膜技术[A];2001年全国电子电镀年会论文集[C];2001年
4 王齐;周大成;邱建备;;稀土掺杂ZnO材料的发光特性研究进展[A];战略性新兴产业的培育和发展——首届云南省科协学术年会论文集[C];2011年
5 吴尝;朱克荣;周广东;;ZnO纳米晶的拉曼光谱[A];第十五届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2009年
6 张铮;黄运华;李萍;廖庆亮;张跃;;基于ZnO纳米阵列的应力传感器构建及性能测试[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
7 周小芳;;准单晶ZnO薄膜的制备及其光学特性研究[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
8 朱瑞;许宏钧;孙杨慧;张敬民;陈莉;徐军;俞大鹏;;原位观察单根ZnO纳米线同质外延生长[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
9 万正芬;徐天宁;吴惠桢;原子健;邱东江;;ZnO薄膜光致发光的表面等离子体增强效应[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(上册)[C];2009年
10 郭冠军;罗莉;戴强钦;黄方映;姚丽丽;;多孔氧化铝模板制备ZnO及其发光性能的研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第一卷)[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 本报记者 李宏乾;纳米涂料:大力发展 谨慎宣传[N];中国化工报;2002年
2 本报记者 梁红兵;关注超高亮度LED产业化[N];中国电子报;2002年
3 郑家荣;磁性半导体研究获得进展[N];大众科技报;2009年
4 张军民高鹏飞;纳米氧化锌在断奶子猪饲料中的应用[N];中国畜牧兽医报;2008年
5 记者 赵伟 通讯员 郑原驰;2008年度全省科技进步奖揭晓[N];长春日报;2008年
6 郑原驰 记者 李林岩;省科学技术进步奖揭晓[N];吉林日报;2008年
7 韩文;韩国使用高效光催化活性剂制造抗菌陶瓷[N];中国包装报;2009年
8 记者魏公铭;氧化锌纳米颗粒杀菌分子机理取得新进展[N];中国食品报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张晓;ZnO基宽禁带稀磁半导体材料的制备及性能研究[D];南开大学;2010年
2 刘洋;过渡元素掺杂ZnO稀磁半导体的制备及性质研究[D];江苏大学;2011年
3 刘伟景;ZnO稀磁半导体低维结构的制备和性能研究[D];华东师范大学;2010年
4 汤琨;ZnO中的杂质行为与p型掺杂[D];南京大学;2011年
5 隋瑛锐;共掺杂p型ZnO和富氮Zr-N薄膜的制备、性能及表征[D];吉林大学;2010年
6 陈韬;ZnO薄膜的制备及其晶体管性能研究[D];复旦大学;2010年
7 王栋;ZnO基稀磁半导体材料的微结构及性能研究[D];武汉大学;2010年
8 胡懿;氧氩比和氢离子注入对ZnO薄膜微结构及光学性能的影响[D];武汉大学;2010年
9 李永峰;ZnO薄膜及其光电子器件中的晶格失配与应力问题研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
10 杨通;P型ZnO薄膜的制备及其结构、光学和电学性质的研究[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘雪珍;Co掺杂ZnO稀磁半导体的微观结构、光学及磁学性质[D];大连理工大学;2011年
2 郭军峰;Cr、Fe掺杂ZnO以及Fe、Cu共掺ZnO稀磁半导体的研究[D];山西师范大学;2010年
3 范晓玲;磁控溅射法制备ZnO薄膜及光电导探测器的研制[D];山东理工大学;2010年
4 锁雅芹;Na-Mg共掺杂ZnO薄膜的结构及光学性质研究[D];兰州大学;2010年
5 谢炜;ZnO与TiO_2的光催化及其光电转换耦合性能的比较[D];武汉理工大学;2010年
6 吴定才;Co、Cu共掺杂ZnO薄膜的制备及性质研究[D];四川师范大学;2010年
7 吕金鹏;Al~(3+)掺杂抗静电改性ZnO颜料制备及其质子辐照效应[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 马金雪;ZnO超长微米线的制备及光学性质的研究[D];大连理工大学;2011年
9 姜清华;ZnO基稀磁半导体的X射线吸收谱学研究[D];中国科学技术大学;2010年
10 孙开通;ZnO超长微米线制备及其在压电应力传感器方面的应用[D];大连理工大学;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978