氧化鋅基稀磁半導(dǎo)體的磁性研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體材料是自旋電子學(xué)領(lǐng)域一個(gè)重要的分支,基于稀磁半導(dǎo)體材料發(fā)展而來(lái)的自旋電子器件可以同時(shí)利用電子的電荷和自旋屬性,可以突破傳統(tǒng)電子學(xué)所面臨的量子力學(xué)瓶頸,實(shí)現(xiàn)信息的傳遞、處理、儲(chǔ)存于一體,受到了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。
　　氧化鋅(Zinc Oxide,ZnO)是一種寬禁帶Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體,在傳輸場(chǎng)效應(yīng)管、發(fā)光二級(jí)管、太陽(yáng)能電池等光電子器件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。ZnO基稀磁半導(dǎo)體材料(DMS)由于它的理論預(yù)測(cè)居里溫度在室溫以上而

2、被廣泛關(guān)注,但是了解ZnO基DMS中磁性的調(diào)制,將對(duì)于發(fā)展新一代基于稀磁半導(dǎo)體的非揮發(fā)性晶體管提供重要的實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。
　　本文通過(guò)對(duì)ZnMnO體系、ZnCoO體系、ZnNiO體系的磁性研究來(lái)了解ZnO基DMS中磁性的影響因素,主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:
　　1.對(duì)ZnMnO體系,主要考慮了磁性原子間的RKKY相互作用和超交換相互作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn),體系的磁性與磁性原子的摻雜濃度、載流子濃度、RKKY相互作用和超交換相互作用

3、等有關(guān),體系的磁化強(qiáng)度隨著RKKY交換作用系數(shù)J0的增加而增大,隨著超交換作用系數(shù)k的增加而減小。并且隨著磁性原子摻雜濃度的增大,體系要達(dá)到較高的磁化強(qiáng)度將需要較大的載流子濃度。
　　2.對(duì)ZnCoO體系,主要考慮了磁性原子間的RKKY相互作用和超交換相互作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn),體系的磁化強(qiáng)度隨著載流子濃度的增加而先增大后減小,體系的磁化強(qiáng)度與RKKY交換相互作用和超交換相互作用之間的競(jìng)爭(zhēng)有關(guān)。體系的磁化率隨溫度的變化關(guān)系結(jié)果顯示:在較低

4、的溫度下,體系的磁化率較大,并且體系的磁化率隨溫度的升高而減小的變化率隨著J0值的減小而增大,隨著k值的增大而增大。
　　3.對(duì)ZnNiO體系,主要考慮了三種自旋交換相互作用:超交換作用、雙交換作用和RKKY交換作用,體系的磁化強(qiáng)度隨著雙交換作用參數(shù)t值的增大而增大,隨著RKKY交換作用系數(shù)J0的增加而增大,隨著超交換作用系數(shù)k的增加而減小。體系的磁化率隨溫度的變化關(guān)系為:體系的磁化率隨溫度的升高而減小的變化率隨著J0值的減小而增