基于ZnTe和PbPdO2磁性半導(dǎo)體的制備與性能研究.pdf

1、本文通過3d過渡族金屬離子摻雜，采用水熱法和溶膠-凝膠-旋涂法分別制各了ZnTe基和PbPdO2基磁性半導(dǎo)體，系統(tǒng)研究了ZnTe基和PbPdO2基半導(dǎo)體中的磁學(xué)性質(zhì)，研究工作主要包括以下五個(gè)部分的內(nèi)容。
　　(1)采用水熱法制備出低Mn摻雜的Zn1-xMnxTe稀磁半導(dǎo)體，獲得了閃鋅礦結(jié)構(gòu)的單相退火態(tài)樣品。摻雜Mn離子在ZnTe晶格中占據(jù)Zn的位置，表現(xiàn)出+2價(jià)。Zn1-xMnxTe(x=3 at.％)中存在順磁性、超順磁性和室溫

2、鐵磁性特征。退火態(tài)樣品中，存在的Te空位成為緊束縛磁極子BMP的束縛中心，通過與其它BMP形成鐵磁性耦合，產(chǎn)生樣品的鐵磁性。
　　(2)Zn1-xMnxTe(x=3 at.％，6 at.％，13 at.％，18 at.％)稀磁半導(dǎo)體中，當(dāng)Mn離子濃度超過3 at.％時(shí)，樣品中出現(xiàn)了MnO雜相。摻雜的Mn離子均表現(xiàn)出+2價(jià)，并在摻雜濃度為6at.％、13 at.％和18 at.％樣品中存在Mn-O鍵合。Zn1-xMnxTe均存在順磁

3、性和鐵磁性，摻雜濃度為3 at.％和6 at.％樣品中還存在微弱的反鐵磁訊號(hào)。隨著Mn摻雜濃度的提高，樣品中的鐵磁性耦合，尤其是弱鐵磁性耦合隨之增加。樣品室溫鐵磁性特征主要來源于強(qiáng)鐵磁性耦合。
　　(3)通過調(diào)控退火溫度，制備出不同Pb空位含量的Co摻雜PbPdO2納米顆粒膜。隨著樣品中Pb空位含量的增加，Co離子價(jià)態(tài)隨之升高，表現(xiàn)出+2和+3組成的混合價(jià)態(tài)，引入的自旋磁矩隨之增多。因此，樣品的鐵磁性特征隨著Pb空位的增加而增強(qiáng)。

4、同時(shí)，Pb空位會(huì)產(chǎn)生空穴載流子，從而能夠增強(qiáng)空穴載流子的媒介作用，形成近鄰Co離子之間的反鐵磁性耦合。所以，在Pb空位較多的650℃和700℃退火態(tài)樣品中出現(xiàn)了反鐵磁訊號(hào)。
　　(4)通過延長(zhǎng)退火時(shí)間，Co摻雜PbPdO2薄膜樣品中的納米顆粒逐漸長(zhǎng)大，制備出了平均顆粒尺寸約為30nm、80nm和120 nm的樣品。由于Pb空位的存在，導(dǎo)致樣品中一部分摻雜Co離子價(jià)態(tài)升高至+3價(jià)。不同顆粒尺寸的樣品中存在鐵磁性、反鐵磁性、順磁性和C

5、O訊號(hào)。其中，CO訊號(hào)表現(xiàn)出與顆粒尺寸的相關(guān)性，即隨著樣品顆粒尺寸的減小，CO訊號(hào)逐漸減弱。
　　(5)在Mn摻雜與Co、Mn共摻雜PbPdO2單相樣品中，薄膜都由平均顆粒尺寸30 nm的顆粒組成，厚度約為120 nm。Mn離子均表現(xiàn)出+3和+4的混合價(jià)態(tài)，Co離子表現(xiàn)出+2和+3的混合價(jià)態(tài)。相較于Mn摻雜樣品而言，在Co、Mn共摻雜樣品中，Co離子的引入，尤其是Co3+能夠引入更多的電子自旋磁矩，從而使Co、Mn共摻雜PbPdO