收藏本站
《河北师范大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

ZnO基稀磁半导体的结构、磁学和输运性质研究

卫燕燕  
【摘要】: 近年来,稀磁半导体(Diluted Magnetic Semiconductors,简称为DMS)因表现出独特的磁有序现象而备受人们关注,对其独特磁性的理解涉及到很多的基础性物理问题。同时,这些独特的磁性蕴涵着巨大的潜在应用前景,而能否获得较高的居里温度是DMS应用的关键。 关于稀磁半导体的铁磁性起源仍存在很大争议,实验结果多样,甚至互相矛盾。一些研究表明在过渡金属掺杂的ZnO中检测到的铁磁性属于外部特性,即来自于磁性团簇或第二相;而另一些研究组却宣称不存在磁性团簇或第二相,认为铁磁性是DMS本身的特性。 本文在大量工艺探索的基础上采用溶胶凝胶方法制备了掺杂ZnO基稀磁半导体粉末样品,结合样品的结构分析、元素价态,磁性和电学性质测试,对样品的室温磁性来源进行了探讨和分析。 首先,探索出能够制备出具有单一纤锌矿结构具有室温铁磁性的Co掺杂ZnO基稀磁半导体粉末样品的工艺。实验表明二次烧结的样品比一次烧结样品的磁化强度大,由于所制备的样品具有大约10~6Ωcm的高电阻率,不能够利用自由载流子诱导机制来解释铁磁性的起源,研究结果表明铁磁性起源于局域化的受主之间的相互交换作用,因为二次烧结会增加Zn空位(受主)的数目。由X射线近边吸收结构(XANES)的吸收峰向高能方向的移动也证实了再烧结样品中存在更多的Zn空位,也就存在更多的受主。因为在样品中受主处于局域化状态,因此观测到的电阻率很大。因此可以推断观测到的铁磁性和ZnO本征缺陷Zn空位的引入有关,ZnO的铁磁性是其本质属性。 在Co掺杂ZnO基稀磁半导体粉末样品的研究基础上,进一步研究了共掺杂。对共掺杂ZnO粉末样品结构,磁性能与电性能进行了实验研究。结构分析表明共掺杂并没有改变ZnO六角纤锌矿结构,没有观测到杂相峰。在Co,Cu共掺杂的体系中,光电子能谱(XPS)说明Cu离子是+1价,扮演着受主的角色,磁性测量说明饱和磁化强度随着Cu离子的增加而逐渐增加而且电阻测试发现掺入Cu离子后,样品的电阻率增加,这是由于+1价Cu离子处于受主能级,补偿了制备的样品中由于Zn填隙产生的电子,巡游电子数目减少,Zn位置处的缺陷数目增加,Co离子之间耦合交换作用增强,从而使样品的磁化强度增加 在Co,Al共掺杂的体系中,磁性测试表明Al离子的掺入使样品的饱和磁化强度减小,电阻测试发现掺入Al离子后,随着Al离子浓度的增加,样品电阻率急剧减小。其原因是,Al离子是+3价,在体系中充当施主的角色,Al离子的加入使得体系中巡游电子的数目增加。当Al离子浓度增加的时候,受主的数目相对减小,Co离子之间的相互交换作用减小,样品的铁磁性减弱。
【学位授予单位】:河北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O472

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 陈培毅,邓宁;自旋电子学和自旋电子器件[J];微纳电子技术;2004年03期
2 詹国平,黄可龙,刘素琴;纳米氧化锌的制备及应用[J];化学工程师;2001年05期
3 曾永志,黄美纯;TM掺杂Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ_2黄铜矿半导体的电磁性质[J];物理学报;2005年04期
4 常凯,夏建白;稀磁半导体——自旋和电荷的桥梁[J];物理;2004年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈培毅;胡九宁;任敏;张磊;邓宁;;纳米磁多层结构中电流驱动自旋波发射[J];微纳电子技术;2008年03期
2 王鹏飞;周剑平;巫建功;王永明;;ZnO基稀磁半导体纳米薄膜材料的研究进展[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2009年01期
3 段利兵;;自燃烧法合成的ZnO基稀磁半导体纳米颗粒研究进展[J];材料导报;2010年09期
4 王庆;王成;伍双杰;;Mn、Li共掺ZnO稀磁半导体的制备与铁磁性研究[J];材料导报;2011年04期
5 谭伟石;蔡宏灵;吴小山;;同步辐射光源简介[J];常熟理工学院学报;2006年02期
6 陈美华,陈征,狄敬如,路凤香,巫翔;Ⅰa型褐色金刚石结构缺陷的同步辐射白光形貌特征[J];地球科学;2005年02期
7 吴成国;董秋云;何苏红;杜华月;陈磊;;钴基掺杂氧化物结构特征的研究[J];低温物理学报;2009年03期
8 吴成国;武文远;龚艳春;杜华月;陈蓉;;La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(1-x)Fe_xO_3材料局域结构的研究[J];低温物理学报;2011年04期
9 秦善,刘景,祝向平,巫翔,李晓东;同步辐射与高压矿物学研究[J];地学前缘;2005年01期
10 赵传荣;赵屹东;;同步辐射技术应用发展简介[J];呼伦贝尔学院学报;2006年02期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 王建强;;同步辐射XAFS技术在无机化学研究中的应用[A];第六届全国物理无机化学会议论文摘要集[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 贺胜男;真空紫外同步辐射Seya-Namioka单色仪的多层膜光栅研制[D];中国科学技术大学;2010年
2 田生科;超积累东南景天(Sedum alfredii Hance)对重金属(Zn/Cd/Pb)的解毒机制[D];浙江大学;2010年
3 袁涛;正庚烷、异辛烷热解和预混火焰的实验及动力学模型研究[D];中国科学技术大学;2010年
4 唐小锋;阈值光电子—光离子符合速度成像及其应用研究[D];中国科学技术大学;2011年
5 李中亮;大曲率弧矢聚焦双晶单色器及多层膜单色器相关技术研究[D];中国科学技术大学;2011年
6 张波;真空室内壁镀TiZrV吸气剂薄膜的工艺及薄膜相关性能的研究[D];中国科学技术大学;2011年
7 苏卫锋;硅基稀磁半导体薄膜的制备及其结构和输运性质的研究[D];复旦大学;2010年
8 王文华;Cu(Ⅱ)水溶液的微观结构及其对铜离子跨膜行为的影响研究[D];天津大学;2011年
9 保琦蓓;有机肥释放的水分散性胶体的性质特征及其对土壤重金属迁移活化的研究[D];浙江大学;2011年
10 冀婷;硅、锗衬底上稀土金属氧化物薄膜的分子束外延生长、结构及其物理特性[D];复旦大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱珊珊;共溅射法制备Zn_(1-x)Cr_xO薄膜及磁性研究[D];天津理工大学;2010年
2 万贺;利用X射线衍射研究聚辛基芴薄膜的微结构及其对相应光电性能的影响[D];长春工业大学;2010年
3 白莎莎;利用X射线衍射技术表征聚乙烯薄膜的结晶分布[D];长春工业大学;2010年
4 邱娟;Co、Cu掺杂ZnO纳米线磁性的第一性原理研究[D];西北大学;2011年
5 胡婷婷;Cd_(1-x)Co_xS稀磁半导体纳米颗粒的磁学性质及其高压特性[D];吉林大学;2011年
6 张春玲;膜分散微结构反应器制备纳米氧化锌及介孔氧化锌微球[D];曲阜师范大学;2011年
7 高芳亮;同步辐射掠入式小角X射线散射PPSQ纳米多孔薄膜微孔形态学研究[D];暨南大学;2011年
8 张仲健;兰州市大气颗粒物离子束分析和同步辐射X射线荧光分析[D];兰州大学;2011年
9 李伟;掺杂ZnO磁性薄膜制备的研究[D];天津理工大学;2011年
10 李响;Mn、Co掺杂SiC稀磁半导体薄膜的制备及物性研究[D];天津理工大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 朱勇,沈辉,刘佩田,李宗全,吴希俊;激光加热制备ZnO纳米粉[J];无机材料学报;1993年01期
2 李汶军,施尔畏,王步国,夏长泰,仲维卓;水热法制备氧化锌粉体[J];无机材料学报;1998年01期
3 靳建华,白炳贤,白涛,徐新生;氨水沉淀法制备纳米粉氢氧化锌和氧化锌[J];无机盐工业;2000年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡永刚;胡作启;陈飞;;Mn掺杂ZnO材料的室温铁磁性研究进展[J];磁性材料及器件;2007年01期
2 蒋婧思;侯延冰;唐爱伟;滕枫;;溶胶凝胶法制备Zn_(1-x)Fe_xO稀磁半导体[J];发光学报;2008年01期
3 董国义;胡志鹏;李哲;罗小平;高平;田帅;姚金宝;韦志仁;;水热法合成Zn_(1-x)Mn_xO:Sn和Zn_(1-x-y)Mn_xCo_yO:Cu晶体的磁性[J];人工晶体学报;2008年04期
4 刘学超;陈之战;施尔畏;宋力昕;;ZnO基稀磁半导体磁性机理研究进展[J];无机材料学报;2009年01期
5 程兴旺;李祥;高院玲;于宙;龙雪;刘颖;;Co掺杂的ZnO室温铁磁半导体材料制备与磁性和光学特性研究[J];物理学报;2009年03期
6 冯博;刘洋;杨景海;;V掺杂ZnO基稀磁半导体的结构及磁性研究[J];吉林师范大学学报(自然科学版);2010年02期
7 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
8 王鹏飞;周剑平;巫建功;王永明;;ZnO基稀磁半导体纳米薄膜材料的研究进展[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2009年01期
9 刘学超;施尔畏;宋力昕;张华伟;陈之战;;固相反应法制备Co掺杂ZnO的磁性和光学性能研究[J];物理学报;2006年05期
10 刘清华;刘永利;董自卫;张倩;;Co掺杂ZnO稀磁半导体的微观结构与磁学性质[J];河北师范大学学报(自然科学版);2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 阳生红;张日理;汤健;王旭升;;溶胶-凝胶法制备Al-Y共掺杂ZnO薄膜及其性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
2 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
3 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
4 刘学超;施尔畏;陈之战;张华伟;宋力昕;;溶胶凝胶法制备Co掺杂ZnO稀磁半导体及其磁性研究[A];第十二届全国磁学和磁性材料会议专辑[C];2005年
5 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
6 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
7 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
8 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
9 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
10 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
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 本报记者 王春;杨辉:“蓝色”狂想曲[N];科技日报;2002年
4 郑家荣;磁性半导体研究获得进展[N];大众科技报;2009年
5 立冬;我国发明出稀土发光材料制备新方法[N];中国有色金属报;2009年
6 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
7 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
8 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
9 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
10 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 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
2 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
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 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
5 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
6 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
7 汤琨;ZnO中的杂质行为与p型掺杂[D];南京大学;2011年
8 陈韬;ZnO薄膜的制备及其晶体管性能研究[D];复旦大学;2010年
9 薛书文;溶胶凝胶法制备ZnO基薄膜及离子注入研究[D];电子科技大学;2007年
10 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 卫燕燕;ZnO基稀磁半导体的结构、磁学和输运性质研究[D];河北师范大学;2009年
2 任广剑;氧化物稀磁半导体的研究进展[D];东北师范大学;2009年
3 解晓君;Eu~(3+)、Li~+共掺杂ZnO薄膜结构与性质的研究[D];曲阜师范大学;2010年
4 赵青;溶胶—凝胶法制备Fe掺杂ZnO基稀磁半导体[D];浙江大学;2007年
5 宋运兴;ZnO基稀磁半导体块材样品的制备及磁性[D];华中科技大学;2007年
6 黄贵军;ZnO稀磁半导体的制备和磁、光性能研究[D];湘潭大学;2007年
7 于春花;Zn_(1-x)Cr_xO稀磁半导体薄膜的制备和性能研究[D];天津理工大学;2007年
8 李钰梅;ZnO基稀磁半导体材料的制备及性能研究[D];北京化工大学;2010年
9 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
10 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
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026