ZnO基稀磁半導(dǎo)體微米材料的制備及其性能研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體(Diluted Magnetic semiconductors, DMSs)作為一種新興的功能性材料,可以將電子電荷自由度和自旋自由度結(jié)合起來,具有優(yōu)異的磁,電,磁電等性能,在自旋電子學(xué)、光電子領(lǐng)域展現(xiàn)出了非常廣闊的應(yīng)用前景。因此制備出性能優(yōu)異的稀磁半導(dǎo)體是我們研究的主要目的。ZnO是一種寬帶隙極性半導(dǎo)體,具有較高的激子束縛能(60meV)、穩(wěn)定的化學(xué)性能、豐富易得的原料、低廉的價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)。ZnO易于摻雜過渡金屬離子,并且根

2、據(jù)理論計(jì)算 ZnO基稀磁半導(dǎo)體具有較高的居里溫度(Tc)。因此 ZnO基稀磁半導(dǎo)體成為目前的研究熱點(diǎn)。
　　本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用水熱法,制備過渡金屬摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體。通過改變摻雜離子種類和摻雜離子濃度,研究其對(duì) ZnO基稀磁半導(dǎo)體磁性能的影響。本論文的主要內(nèi)容概括如下:
　　1.使用氯化鋅、氯化鐵和碳酸銨作為原料,通過簡(jiǎn)單的水浴反應(yīng)成功制備了碳酸鋅和堿式碳酸鋅摻雜鐵的混合前驅(qū)體。煅燒前驅(qū)體得到多孔 ZnO:Fe微米材料。XRD和

3、 SEM表明產(chǎn)物為纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO多孔納米片。EDS和 XPS對(duì)樣品的成分進(jìn)行分析,表明 Fe元素是以+3價(jià)形式進(jìn)入 ZnO晶格中,替代了Zn2+。ZnO的帶隙隨摻雜量的增多而逐漸減小,室溫?zé)晒夤庾V表明,Fe離子的摻雜濃度越大,ZnO缺陷濃度越低,熒光強(qiáng)度減弱。這是由于形成了雜質(zhì)能級(jí)使得 ZnO的缺陷濃度降低。氣體傳感實(shí)驗(yàn)表明,適量摻雜的ZnO對(duì)丙酮和異丙醇的傳感效果增強(qiáng),而過量摻雜反而會(huì)減弱傳感效果。磁性能研究表明,ZnO:Fe具有

4、較好的室溫鐵磁性,居里溫度高達(dá)350K。隨著鐵離子摻雜量的增大,飽合磁化強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。另外,磁性研究還發(fā)現(xiàn), ZnO自身也具有室溫鐵磁性。金負(fù)載后的ZnO:Fe飽合磁化強(qiáng)度減弱。
　　2.使用醋酸鋅、醋酸錳和碳酸銨作為原料,通過簡(jiǎn)單的水熱反應(yīng)成功制備了碳酸鋅和堿式碳酸鋅摻錳的混合前驅(qū)體,煅燒前驅(qū)體得到ZnO:Mn稀磁半導(dǎo)體。研究了反應(yīng)條件如反應(yīng)物濃度、添加表面活性劑,改變?nèi)軇┑葘?duì)產(chǎn)物的形貌的影響,并對(duì)合成產(chǎn)物的光、磁性能進(jìn)行研究。