ZnO基稀磁半導體的制備與性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)今集成電路器件的尺寸減小，電子的各種量子效應(yīng)將會越來越突出，其中，電子的自旋特性將會占據(jù)極為重要的地位。在自旋電子學中，自旋極化電流的有效注入是自旋電子器件進入實用化的前提條件。稀磁半導體兼具半導體性質(zhì)和磁性能，能有效地進行自旋注入。
　　 本文從理論和實驗兩個方面對氧化鋅基稀磁半導體材料的性能進行了研究。在理論上，通過第一性原理計算，對ZnO中兩種主要的本征點缺陷VO和Zni以及Li摻入后形成的點缺陷Lii、LiZn對Z

2、nO的性能影響進行研究。結(jié)果表明，上述各種缺陷均無法單獨在ZnO中誘發(fā)鐵磁性。其次，對單獨進行Mn、Ni摻雜的ZnO也進行了仿真計算。發(fā)現(xiàn)在Mn單摻雜的ZnO中，Mn的自旋傾向于反向排列，兩個Mn原子之間也傾向于靠近，整體上易于形成反鐵磁性團簇。這說明單獨的Mn摻雜ZnO難以形成具有室溫鐵磁性的稀磁半導體材料。而在Ni摻雜的ZnO中，Ni的自旋排列對整個體系的能量影響不大，單獨摻雜Ni也可能會產(chǎn)生鐵磁性。在實驗上，用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法制備

3、了Ni單摻雜、Li和Ni共摻雜以及Mn和Li共摻雜的ZnO基稀磁半導體材料。在三種材料中都發(fā)現(xiàn)了室溫鐵磁性。當磁性摻雜離子的濃度少于5mol％時，在相同外磁場強度的情況下，材料的磁化強度會隨著磁性摻雜離子的濃度的增大而增強。但在NiZnO材料中摻入少量的Li時，原本有鐵磁性的材料變成了無鐵磁性，而當Li濃度較高時，NiZnO體系又出現(xiàn)了鐵磁性。在MnZnO中，過多的Li可能會削弱MnZnO的鐵磁性。這主要是因為Li摻入后會較大地改變Zn