收藏本站
《兰州大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

化学方法制备的稀磁半导体的结构和磁性研究

左亚路  
【摘要】: 由于自旋相关现象的发现及其许多极具潜力的实用性,自旋电子学的研究在全世界得到了广泛开展。其中磁性半导体被认为是下一代利用电子的自旋自由度制造微电子元件的主要材料,有很好的应用前景。 近年来很多研究小组都制备出具有室温铁磁性的稀磁半导体,但稀磁半导体的铁磁性起源尚有很大争议。磁性来源的理论也主要分为两大部分:一种是由载流子诱导的铁磁交换耦合,如RKKY交换作用。另一种认为与样品中的缺陷有关,具有代表性的是束缚极化子(BMP)模型。 在本文中,我们系统地研究了Co-SnO_2薄膜和粉末,Tb-In_2O_3薄膜和Co-ZnO纳米棒阵列的微结构、光学性质、电性和磁性,得到的主要结果如下: 1.溶胶-凝胶法制备的Co-SnO_2粉末和薄膜样品 (1)在Co-SnO_2粉末和薄膜样品中,均得到了纯的金红石矿结构。并且随着Co掺杂量增加,样品的晶粒尺度减小,说明Co~(2+)的掺杂抑制了晶粒的生长。 (2)高分辨电镜观察显示:样品的晶格规则且没有扭曲或变形,其选区电子衍射(SAED)表明样品为金红石相的SnO_2,且没有杂相。X射线光电子谱研究表明Co元素的价态为2+。由此得出Co~(2+)进入了SnO_2晶格中。 (3)得到了具有室温铁磁性的Co-SnO_2粉末和薄膜样品,核磁共振(NMR)研究表明样品的磁性为内禀的。在不同Co掺杂量的样品中,每Co磁矩随掺杂量的增加而减小。对这种现象的解释是:随着Co掺杂量的增加,Co离子之间的距离减小,Co离子之间通过氧离子发生反铁磁超交换作用,导致了每Co磁矩的减小。 (4)用Sn_(1-x)Co_xO_2溶胶旋涂在Si (111)和Si(非晶)衬底上制备成薄膜样品。研究表明,Si (111)衬底上的样品结晶明显好于Si(非晶)衬底上的,而磁性也明显强于Si(非晶)衬底上的,说明磁性与结晶好坏密切相关。 (5)由于化学法镀膜样品的电阻很大,磁性起源不能用载流子诱导的交换作用模型,而需用BMP模型来解释。为了求证BMP模型是否适用于Co-SnO_2的系统,首先将样品在氧化环境下进行退火,磁性消失。随后将样品在真空环境下进行退火,磁性又重现。这个结果证明了氧空位对Co_xSn_(1-x)O_2系统的铁磁性有着重要的影响,证实了BMP模型适用于Co_xSn_(1-x)O_2薄膜系统。 2.溶胶—凝胶法制备稀磁半导体(In_(1-x-y)Tb_xSn_y)_2O_3薄膜 (1)不同掺杂量的(In_(0.9-x)Tb_xSn_(0.1))_2O_3和(In_(0.99-y)Tb_(0.01)Sn_y)_2O_3薄膜样品均为纯的立方结构。 (2)磁性研究表明:对于不同Tb掺杂量的样品,随Tb掺杂量的增加,样品的每Tb磁矩先增加。当掺杂量为1%时,磁矩最大,为8.2μ_B/Tb。之后样品的磁矩随着Tb掺杂量的增加而减小。电性研究表明:随着Tb掺杂量的增加,样品的电导率先增大后减小,这个趋势和磁矩与Tb掺杂量的关系相同,说明样品的磁矩和它的电导率有关。 (3)对于不同Sn掺杂量的样品,随Sn掺杂量的增加,样品的每Tb磁矩先增加后减小。样品的电导率与Sn掺杂量的关系和每Tb磁矩与Sn掺杂量的关系趋势一致。由于电导率正比于载流子浓度,说明样品的磁矩和载流子的浓度有关。因此,该系统中磁性的来源可用载流子诱导的交换作用(RKKY)来解释。 3.水热法制备稀磁半导体Zn_(1-x)Co_xO纳米棒阵列 (1)在Si衬底上成功的制备出了ZnO和Zn_(1-x)Co_xO纳米线阵列,所有的纳米线都垂直于衬底。随着反应时间和Zn~(2+)离子在溶液中浓度的增加,纳米棒的直径和长度随之增大。纳米棒的直径为50~250nm,长度为100nm~3μm。 (2) ZnO和Zn_(1-x)Co_xO都具有纤锌矿结构,并且都有很好的优化取向。Zn_(0.8)Co_(0.2)O纳米棒阵列具有室温铁磁性。 (3) ZnO, ZnO_(0.9)Co_(0.1)O和ZnO_(0.8)Co_(0.2)O纳米棒的发光光谱在391nm处显示出强的带隙发光,并在613nm处显示出明显的强的红色发光峰。掺杂后,Co-ZnO纳米棒的红色发光峰的强度减弱,可能由掺杂减小了间隙氧的数量所致。该峰在文献中少有报道。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O472

免费申请
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 姜迎静;Mn、Co、Ni掺杂ZnO稀磁半导体的制备研究[D];青岛科技大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 杨林,丁唯嘉,安英格,蒋凯,张秀英;以葡聚糖为模板控制合成文石型碳酸钙[J];高等学校化学学报;2004年08期
2 李汶军,施尔畏,田明原,王步国,仲维卓;水热法制备氧化锌纤维及纳米粉体[J];中国科学E辑:技术科学;1998年03期
3 李汶军,施尔畏,殷之文;晶体的生长习性与配位多面体的形态[J];人工晶体学报;1999年04期
4 李汶军,施尔畏,仲维卓,殷之文;负离子配位多面体生长基元的理论模型与晶粒形貌[J];人工晶体学报;1999年02期
5 施尔畏,夏长泰,王步国,仲维卓;水热法的应用与发展[J];无机材料学报;1996年02期
6 刘大星;国内外钴的生产消费与技术进展[J];有色冶炼;2000年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 鲁照权;郑国俊;董学平;殷礼胜;彭海军;余波;;基于低阶自适应模型及时滞补偿的单晶硅直径控制研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年04期
2 谷浩;陶玉贵;王其进;徐艳秋;秦昌云;;胱氨酸基质下二氧化硅微球的仿生合成及其表征[J];安徽工程大学学报;2011年02期
3 张莉,褚道葆;酸度对偏钛酸水热法合成纳米TiO_2的影响[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2002年01期
4 李建丰;李东仓;欧谷平;张福甲;;有机半导体材料蒽薄膜的生长[J];半导体光电;2008年05期
5 李慧;卢茜;吴子景;吴晓京;;无酸水热法制备多孔硅及其PⅢ表面改性[J];半导体技术;2008年06期
6 邓树军;高宇;姜舰;戴小林;吴志强;刘冰;;热场结构对直拉硅单晶生长能耗影响分析[J];半导体技术;2010年12期
7 刘林生,刘肃,黄庆安;MEMS薄膜磁学特性的在线测试结构[J];微纳电子技术;2005年04期
8 王元元;刘玉存;王建华;刘登程;;降感RDX的制备及晶形控制[J];火炸药学报;2009年02期
9 王念榕;刘晓林;闫涛;周蓉;陈建峰;;化学沉淀法制备纳米钛酸镁粉体[J];北京化工大学学报(自然科学版);2005年06期
10 张国志;冯妍卉;张欣欣;聂红;;定向凝固过程中的流动效应[J];北京科技大学学报;2008年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 宋胜浩;刘才明;;利用示波器测量铁磁材料的物性研究[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
2 徐建中;尚俊敏;唐婷婷;屈红强;;疏水氢氧化镁的制备及其在阻燃PVC中的应用[A];2012年中国阻燃学术年会论文集[C];2012年
3 徐祥宁;刘军;陈彩风;陈萍;;水热法制备NBBT无铅压电陶瓷粉体的研究[A];第三届全国压电和声波理论及器件技术研讨会论文集[C];2008年
4 孙红婵;李树奎;候岳翔;鲁旭东;郭伟;;CVD-W晶粒取向和晶界结构的EBSD研究[A];第二届全国背散射电子衍射(EBSD)技术及其应用学术会议暨第六届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C];2007年
5 张静;黄可龙;赵裕鑫;;水热法合成LiFePO_4及其电化学性能研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
6 陈云霞;赵修建;何鑫;;溶胶-水热法制备M_xO_y-TiO_2(M=In,Al,Zn)复合纳米膜光阳极材料及其表征[A];中国硅酸盐学会特种玻璃分会第三届全国特种玻璃会议论文集[C];2007年
7 洪广言;王丽萍;董相廷;余大书;孙小琳;;溶胶—凝胶技术在功能材料制备中的应用[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
8 雷霆;罗凤兰;唐光明;薄新维;;水热法制备纳米镍铁氧体[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
9 王燕;陈文;周静;徐庆;李月明;孙华君;廖梅松;;钛酸铋钠的水热合成与表征[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
10 武安华;申慧;徐家跃;小川贵代;和田智之;;光学浮区法生长技术及其在晶体生长中的应用[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(10)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 高传慧;碱式硫酸镁晶须的合成及表面改性研究[D];中国海洋大学;2010年
2 孙勇;碱土金属钼酸盐微晶的电化学合成与发光性能研究[D];中国建筑材料科学研究总院;2010年
3 韩国才;几种典型Dy~(3+)激活磷酸盐基材料的制备及真空紫外发光性质研究[D];兰州大学;2010年
4 许彩虹;大豆球蛋白糖基化接枝改性及其热聚集行为研究[D];华南理工大学;2010年
5 何胜;燃煤烟气汞催化氧化的试验和机理研究[D];浙江大学;2009年
6 陈亮维;大变形叠轧制备超细晶铜材织构组织演变规律研究[D];昆明理工大学;2009年
7 刘述忠;纳米掺锑氧化锡(ATO)粉体制备及其浆料稳定性[D];昆明理工大学;2009年
8 李亮;浮区法生长Zn_2TiO_4、ZnNb_2O_6和MgNb_2O_6单晶及性能研究[D];吉林大学;2011年
9 刘秉策;ZnO/Si异质结构晶界行为及其载流子输运机制研究[D];中国科学技术大学;2011年
10 刘柏林;FeCo基纳米磁性薄膜材料的微波损耗机理研究[D];南京大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李艳冰;二元稀土氟化物的控制合成及光学性能研究[D];安徽工程大学;2010年
2 朱利文;常压酸化法制备无水硫酸钙晶须工艺研究[D];山东科技大学;2010年
3 王正凯;YVO_4:Eu~(3+)纳米荧光粉核/壳结构的制备与性能研究[D];浙江理工大学;2010年
4 李霄;过渡金属氧化物、硫化物纳米结构的形貌控制及性能研究[D];浙江理工大学;2010年
5 梅丹平;丝胶蛋白/磷酸钙盐复合材料的制备工艺研究[D];浙江理工大学;2010年
6 牛方;磷酸酯粘结剂诱导生成羟基磷灰石晶体的实验研究[D];郑州大学;2010年
7 于亚芹;钒酸铋光催化材料的制备及其光催化性能的研究[D];中国海洋大学;2010年
8 鲁统雷;NBT陶瓷粉体的水热合成及其形貌影响因素的研究[D];中国海洋大学;2010年
9 邓惠仁;纳米锰氧化物的制备及其应用研究[D];湘潭大学;2010年
10 王尚平;几种化合物微/纳米结构的形貌可控合成与表征及其光学性能研究[D];江西师范大学;2010年
【同被引文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 潘军;有机分子辅助的半导体纳米材料的控制合成与性能研究[D];中国科学技术大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭中满,王荔军,陈霞,王策,李铁津;生物矿化合成纳米针状SiO_2[J];高等学校化学学报;2000年06期
2 施尔畏,夏长泰,仲维卓,华素坤,殷之文;水热条件下钛酸钡粉体晶粒形成机理[J];硅酸盐学报;1996年01期
3 施尔畏,夏长泰,王步国,元如林,仲维卓;水热法制备的陶瓷粉体晶粒粒度[J];硅酸盐学报;1997年03期
4 仲维卓,刘光照,施尔畏,华素坤,唐鼎元,赵庆兰;在热液条件下晶体的生长基元与晶体形成机理[J];中国科学(B辑 化学 生命科学 地学);1994年04期
5 施尔畏,栾怀顺,仇海波,王爱民,仲维卓,冯楚德,郭景坤;水热法制备超细 ZrO_2粉体的物理-化学条件[J];人工晶体学报;1993年01期
6 华素坤,仲维卓;热液条件下ZnO晶体的形成机理[J];人工晶体学报;1994年03期
7 李汶军,施尔畏,仲维卓,殷之文;负离子配位多面体生长基元的理论模型与晶粒形貌[J];人工晶体学报;1999年02期
8 施尔畏,仲维卓,栾怀顺,王爱民,冯楚德;水热法制备α-Al_2O_3微粉中氢氧化铝转变成氧化铝的过程[J];无机材料学报;1992年03期
9 施尔畏,夏长泰,仲维卓,华素坤,冯楚德,冯锡淇,张申;水热法制备的BaTiO_3微晶粒的特性[J];无机材料学报;1995年04期
10 康南京;我国镍钴冶炼应用热压浸出技术的进展[J];有色冶炼;1995年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 居健;吴雪梅;诸葛兰剑;;ZnO基稀磁半导体磁性起源的探索[J];材料导报;2007年12期
2 王永强;陈伟;缪菊红;任光明;肖循;肖利霞;商景林;袁力;刘胜;夏正才;;稀磁半导体Zn_(0.7)Mn_(0.15)Co_(0.15)O中的铁磁行为[J];低温物理学报;2006年01期
3 王学忠,王荣明,陈辰嘉,马可军;稀磁半导体Cd_(1-x)Fe_xTe的巨法拉第效应[J];半导体学报;1995年11期
4 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
5 范广涵;;磁调谐稀磁半导体(Cd,Mn)Te量子阱激光器[J];液晶与显示;1987年03期
6 陈学梅;;ZnO基过渡金属掺杂的磁性来源[J];合肥师范学院学报;2010年06期
7 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
8 王学忠,王荣明,刘继周,陈辰嘉;稀磁半导体Zn_(1-x)Mn_xTe的巨法拉第旋转和激子能量[J];红外与毫米波学报;1995年03期
9 韦志仁;李军;刘超;林琳;郑一博;葛世艳;张华伟;窦军红;;水热法合成Zn_(1-x)Ni_xO稀磁半导体[J];人工晶体学报;2006年02期
10 欧阳楚英,利啸华,雷敏生;稀磁半导体Zn_(1-x)Co_xS光谱的理论解释[J];江西师范大学学报(自然科学版);2001年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周炽炜;蔡克峰;;化学气相沉积制备硅纳米棒阵列[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
2 赵德友;徐光亮;张磊;魏贤华;彭龙;刘桂香;;溶胶凝胶法制备Co掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的结构与性能研究[A];TFC’09全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2009年
3 刘祖琴;唐东升;邹小平;李玉宝;周维亚;王刚;解思深;;化学气相沉积法无催化制备定向生长硅纳米棒[A];第一届全国纳米技术与应用学术会议论文集[C];2000年
4 马淑芳;梁建;孙彩云;许并社;;TiO_2纳米棒的制备与结构表征[A];第三届全国扫描电子显微学会议论文集[C];2003年
5 管洪涛;王毓德;朱静;陈刚;;α-MnO_2纳米棒的制备及其电磁性能[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
6 刘晶冰;汪浩;严辉;;羟基磷灰石纳米棒的微波快速合成[A];2004年中国纳米技术应用研讨会论文集[C];2004年
7 魏钟晴;张铮铮;曾程初;;直接生长在表面的金纳米棒的AFM操纵[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
8 范俊奇;武四新;;两步法制备CuInS_2/TiO_2复合纳米棒薄膜及光电性质的研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
9 刘辉;孙洪军;何选盟;朱振峰;;pH值控制水热-热分解法制备介孔氧化铝纤维和纳米棒[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
10 强颖怀;;退火处理对TiO_2单晶纳米棒阵列的结构及染料敏化太阳能电池性能研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 毛黎;美利用新技术获得树枝状晶体纳米棒[N];科技日报;2008年
2 艾伦卡(ALENCAR,M.S.M) 安图斯(ANTUNES,A.M.S) 波特(PORTER,A.L);纳米专利及其产品的生命周期价值链分析[N];中国知识产权报;2007年
3 风影;德研制出比钻石还硬的物质[N];中国有色金属报;2005年
4 本报记者 李凝曹丙利;中国科学家在MgB_(2)薄膜研究领域取得重要成果[N];科技日报;2008年
5 林昌明 DigiTimes;BP耗资50亿美元投入太阳能电池[N];电子资讯时报;2006年
6 膜慷;气调性包装特殊薄膜的透氧率测定[N];中国包装报;2006年
7 李家科 周健儿 刘欣 张小珍;微晶陶瓷的研究现状及发展趋势[N];广东建设报;2006年
8 李素珍;快速捕获肿瘤的纳米新材料[N];中国有色金属报;2006年
9 自治区科技成果管理办公室 提供;一维纳米功能复合氧化物的低热固相制备及机理研究[N];新疆科技报(汉);2007年
10 晓双;掺假豆粕如何鉴别[N];中国畜牧报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 左亚路;化学方法制备的稀磁半导体的结构和磁性研究[D];兰州大学;2009年
2 周雪云;稀释磁性半导体研究[D];兰州大学;2009年
3 陈逸飞;氧化锌基稀磁半导体的第一性原理研究[D];天津大学;2012年
4 史同飞;ZnO基稀磁半导体的结构与性能研究[D];中国科学技术大学;2007年
5 顾浩;Co、Fe掺杂ZnO稀磁半导体结构与磁性能研究[D];浙江大学;2012年
6 冯秋菊;Fe基宽带隙Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体及FeSe异质结构的生长及特性研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2006年
7 王宇;SnO_2及Sn-Fe-Nb-O体系的合成与性质研究[D];吉林大学;2008年
8 李志国;CdS纳米晶的分子簇直接热解法制备及其结构与性能[D];哈尔滨工业大学;2009年
9 杨淑华;金纳米棒—适配子耦联物的研制及其在体内外肿瘤热疗中的应用研究[D];中国人民解放军军事医学科学院;2010年
10 王健;基于金纳米棒的生物传感与癌症的光热治疗研究[D];西南大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 蒋婧思;氧化锌掺铁稀磁半导体的制备和性质研究[D];北京交通大学;2008年
2 高矿红;新型磁性半导体(Sn,Mn)O_2和(Cu,Mn)O的物性研究[D];天津大学;2007年
3 赵瑞斌;ZnO基稀磁半导体的光学和磁学性质[D];河北师范大学;2008年
4 李云龙;Ni、Cu掺杂ZnO基稀磁半导体块材样品的制备及磁性研究[D];华中科技大学;2007年
5 齐娜乔;溶胶凝胶法制备钴掺杂二氧化钛型稀磁半导体及其性能研究[D];浙江大学;2007年
6 高洪;溶胶凝胶法制备In_2O_3基稀释磁性半导体及其性质的研究[D];武汉理工大学;2008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 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
9 纪红芬;溶胶—凝胶法制备Co掺杂ZnO基稀磁半导体的研究[D];西北大学;2008年
10 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
 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