过渡金属掺杂ZnO基稀磁半导体的研究进展

ZnO基稀磁半导体的研究进展
蔡淑珍;秦向东;段平光;李霞;张玉梅
【期刊名称】《河北大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2007(027)003
【摘要】现在的信息技术主要利用电子的电荷自由度去处理和传输信息,利用电子的自旋自由度去存储信息.而稀磁半导体同时利用了电子的电荷属性和自旋属性进行信息处理和存储,使其成为了一类新型的半导体.稀磁半导体具有很多特殊的性质,在高密度存储器、半导体集成电路、半导体激光器和量子计算机等领域将会有广阔的应用前景.本文主要介绍了近年来世界各国研究小组采用不同方法合成的ZnO基稀磁半导体,对其磁性进行了系统研究,分析了铁磁性产生的机理.
【总页数】5页(P332-336)
【作者】蔡淑珍;秦向东;段平光;李霞;张玉梅
【作者单位】河北大学,物理科学与技术学院,河北,保定,071002;河北大学,物理科学与技术学院,河北,保定,071002;河北大学,物理科学与技术学院,河北,保定,071002;河北大学,物理科学与技术学院,河北,保定,071002;河北大学,物理科学与技术学院,河北,保定,071002
【正文语种】中文
【中图分类】O47
【相关文献】
1.Mn掺杂ZnO基稀磁半导体材料磁性研究进展 [J], 张宇;李彤;王雅欣;赵新为;介琼
2.Mn掺杂ZnO基稀磁半导体材料磁性研究进展 [J], 张宇;李彤;王雅欣;赵新为;介琼
3.Co掺杂ZnO基稀磁半导体材料磁性研究进展 [J], 李彤;介琼;张宇;王雅欣;倪晓昌;
4.Co掺杂ZnO基稀磁半导体材料磁性研究进展 [J], 李彤;介琼;张宇;王雅欣;倪晓昌
5.ZnO基稀磁半导体材料的最新研究进展 [J], 姬晓旭;王爱华;张萍
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Cr掺杂ZnO基稀磁半导体薄膜结构和磁性研究的开题报告题目：Cr掺杂ZnO基稀磁半导体薄膜结构和磁性研究一、研究背景和意义稀磁半导体是一种新型功能材料，具有半导体和磁性的双重特性，被广泛应用于信息存储、传感器、磁性控制器等领域。

以ZnO为基础的稀磁半导体具有许多优点，如优良的物理性能、便于制备和稳定性等。

此外，Cr的掺杂可以使ZnO基半导体具有磁性，从而扩展了其应用范围。

因此，对Cr掺杂ZnO基稀磁半导体的磁性和结构进行研究具有重要的科学意义和应用价值。

二、研究目的本文旨在研究Cr掺杂ZnO基稀磁半导体薄膜的结构和磁性质，探究Cr掺杂浓度对ZnO基半导体的结构和磁性的影响，为其在信息存储、传感器等领域的应用提供理论依据。

三、研究内容和方法1. Cr掺杂ZnO基稀磁半导体薄膜的制备：采用磁控溅射法，在ZnO薄膜中掺杂Cr，制备Cr掺杂ZnO基稀磁半导体薄膜。

2. 结构表征：采用X射线衍射、扫描电子显微镜等测试手段，研究Cr掺杂浓度对ZnO基半导体的结构和晶体结构的影响。

3. 磁性测量：采用超导量子干涉仪和霍尔效应磁强计等仪器测试Cr掺杂ZnO基稀磁半导体薄膜的磁性质。

四、预期成果研究Cr掺杂ZnO基稀磁半导体薄膜的结构和磁性质，探究Cr掺杂浓度对其的影响，预计可以得到以下成果：1. 获得Cr掺杂ZnO基稀磁半导体薄膜的结构和晶体结构的变化规律。

2. 揭示Cr掺杂浓度对ZnO基半导体的磁性的影响及其物理机制。

3. 提出有效的优化掺杂浓度的方案，进一步拓展稀磁半导体在信息存储、传感器等领域的应用。

五、研究进度安排1月-3月：文献调研和理论研究4月-6月：制备Cr掺杂ZnO基稀磁半导体薄膜，进行结构表征和磁性测量7月-9月：对实验结果进行数据处理和分析10月-12月：撰写论文，完成学位论文答辩六、参考文献1. 王清福. 稀磁半导体的研究进展[J]. 新型材料, 2007, 35(8): 43-46.2. 雷震宇, 王树敏, 等. Cr掺杂ZnO的磁性研究[J]. 功能材料, 2006, 37(11): 1841-1843.3. 吴生志, 张文军, 等. 氧化物稀磁半导体材料及其在信息存储中的应用[J]. 稀土, 2010, 31(5): 1-6.。

Cu掺杂ZnO稀磁半导体的制备、微观结构和磁特
性研究的开题报告
1. 研究背景和意义
Cu掺杂ZnO稀磁半导体具有很好的应用前景，因为它既具有ZnO
半导体的优良电学性能，又具有Cu稀磁性材料的磁学性能，在非
volatile存储器、光学器件、磁记录器等领域具有广泛的应用。

该材料的
制备和磁特性研究对于深入理解其物理性质和优化其应用性能具有重要
意义。

2. 研究内容和思路
本文拟采用固相法制备Cu掺杂ZnO稀磁半导体，利用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段对其微观结构进行表征，研究
Cu掺杂对ZnO晶格结构和电子结构的影响。

同时，对磁性能进行研究，比较不同Cu掺杂浓度对磁性的影响，并探索Cu掺杂机理和磁性机理。

3. 预期成果和意义
本研究将实现Cu掺杂ZnO稀磁半导体的成功合成，并对其微观结
构和磁特性进行深入研究。

预计可以得出结论：Cu掺杂对ZnO的晶格结构和电子结构有着明显影响，可以调控材料的磁特性；研究得到的相关
理论和实验结果对于电子学、磁学、材料科学等领域有着重要的应用价值，对材料设计和性能优化具有重要意义。

氧化物稀磁半导体的研究进展陈俊鹏发表时间：2018-07-23T16:40:36.157Z 来源：《知识-力量》2018年8月上作者：陈俊鹏王宏玲张博[导读] 氧化物稀磁半导体材料是制备电子自旋器件的主要材料，在自旋电子学相关领域中具有非常广阔的应用前景。

本文分析了氧化物稀磁半导体的磁性研究及进展。

（中芯国际集成电路制造（天津）有限公司，天津 300385）摘要：氧化物稀磁半导体材料是制备电子自旋器件的主要材料，在自旋电子学相关领域中具有非常广阔的应用前景。

本文分析了氧化物稀磁半导体的磁性研究及进展。

关键词：氧化物；稀磁半导体；磁性在各种类型的半导体材料中，氧化物半导体材料因具有宽带隙的特点，所以能实现n型载流子重掺杂，有利于强铁磁交换耦合在局域自旋之间进行，是实现高居里温度最有希望的宿主化合物之一。

一、稀磁半导体研究发展过程新的研究热潮开始于20世纪80年代，由于材料样品的生长质量问题,早期的研究主要集中在光学性质方面。

经过多年研究,人们逐渐弄清稀磁半导体磁光性质的物理机制，由于Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体的磁学性质主要有局域磁矩之间的反铁磁超交换相互作用决定,因此随着温度和磁离子浓度的变化而呈现出顺磁、自旋玻璃和反铁磁的行为，部分Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体出现铁磁性,但其居里温度很低,使这些奇特的磁光性质在室温下都消失。

InMnAs和GaMnAs铁磁半导体的出现又使沉寂的稀磁半导体领域重新活跃起来,它不但重新激活了人们对磁性半导体材料的研究兴趣,而且带动了一门新兴的学科领域--半导体自旋电子学的发展。

二、氧化物稀磁半导体的磁性1、3d过渡金属掺杂氧化物稀磁半导体。

以ZnO半导体为例，研究5% 3d过渡金属掺杂的ZnO薄膜中，除Cr以外的其它3d过渡金属掺杂的薄膜均显示室温铁磁性，但掺杂元素不同，薄膜的ms差别较大。

这可能是由于各种3d过渡金属离子的3d轨道上电子数和排布不相同，在高自旋态下相应的净自旋数目不一致，从而使它们的ms各有差异。

摘要:zno是一种宽禁带,高激子能的半导体,n掺杂能够减小禁带宽度,极大的改变zno的电子和光学性能。

本文介绍了目前对zno进行n掺杂的方法,并比较了各种方法的优缺点及n 掺杂对zno性质的影响。

关键词:半导体 n掺杂中图分类号:tn3 文献标识码:a 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0060-01zno是一种宽禁带,高激子能的半导体[1],由于其具有热电,光电,压电,磁电等性质,因而在太阳能电池[2],化学生物传感器,激光器等方面具有潜在的应用前景。

zno半导体禁带较宽,这种宽禁带不利用于其对光的吸收利用,因而限制其在光电器件方面的应用。

元素掺杂对材料性质影响很大,其中n元素的掺杂[3]引起了人们的广泛关注。

各种掺杂方法如磁控溅射,化学气相法,溶液法等都能够对zno进行n掺杂,以上各种方法各具优缺点,掺杂含量和掺杂后性质有很大不同。

本文介绍了目前对zno进行n掺杂的方法,并比较其特点。

1 n掺杂研究方法进展n的掺杂方法主要有:化学气相沉积法,磁控溅射法和溶液法等。

化学气象沉积法:通常有无机金属盐,氮气和氧气按一定比例,在加热情况下在硅片上进行金属沉积和生长,形成zno/n薄膜。

这种方法只能在耐高温的硬底上进行生长zno薄膜,受设备条件控制。

优点是薄膜的厚度可以通过生长时间来进行控制。

通过xps对n掺杂的zno进行分析,发现随着加热温度的升高,n的xps谱峰随之向高键合能方向偏移。

进一步研究发现,加热温度高于400℃是n 掺杂zno为n型半导体,温度低于400℃时,n掺杂zno为p型半导体。

温度为400℃时n掺杂zno为混合型半导体。

结果表明,随衬底温度的不同,薄膜呈现出不同的生长机理,从而影响薄膜的晶体结构和电学性能。

磁控溅射法:通常以惰性气体ar为载流气体,氮气为掺杂源,选择合适的气体室压强。

磁控溅射法制备n掺杂的zno所需时间短,目标产物薄膜厚度可以控制,能够得到p型半导体。

Mn掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的软X射线光谱的开
题报告
1. 研究背景
随着信息技术的不断发展和应用对高性能稀磁半导体材料的需求越来越高，稀磁半导体材料成为当前材料科学和物理学领域的热点之一。

Mn掺杂ZnO (ZnO:Mn)作为一种新型的稀磁半导体材料，具有优异的磁电性能和光电性能，在生物医学、信息存储、磁存储和光电信息领域具有广阔的应用前景。

软X射线光谱是探测材料中元素化学态的重要手段之一。

它能够提供元素K边和L边的离子化能量以及相应的X射线荧光峰。

同时，软X 射线光谱还可以揭示材料中复杂元素的价态和轨道排布状况。

因此，软X 射线光谱在材料科学、物理学与化学领域中有着广泛的应用。

2. 研究目的
本研究旨在通过软X射线光谱技术分析Mn掺杂ZnO稀磁半导体薄膜中元素的化学态和晶格结构特征，探索Mn掺杂对ZnO晶体结构和电子性质的影响。

3. 研究内容
3.1 实验制备
制备Mn掺杂ZnO稀磁半导体薄膜，并对样品表面进行光学显微镜和场发射扫描电子显微镜观察。

3.2 软X射线光谱测试
使用软X射线光谱技术对Mn掺杂ZnO稀磁半导体薄膜进行测试和分析。

3.3 结果分析
通过对测试结果的分析，研究Mn掺杂对ZnO晶体结构和电子性质的影响，并探讨Mn掺杂ZnO薄膜的多功能性质与其应用可能。

4. 预期研究结果和意义
本研究预计可以通过软X射线光谱技术对Mn掺杂ZnO稀磁半导体薄膜进行分析，揭示其电子性质和晶体结构的变化规律，同时探索Mn掺杂ZnO薄膜的多功能性质与其应用可能。

这对推动Mn掺杂ZnO稀磁半导体材料的研究和应用具有重要的意义。

摘要纤锌矿结构氧化锌（ZnO）是一种宽禁带的直接带隙氧化物半导体材料，它具有低介电常数、大光电耦合系数、高化学稳定性、高的激子结合能以及优良的光学、电学及压电特性等，因此在许多方面有着潜在的使用价值，可广泛的应用于太阳能电池、压电薄膜、光电器件、气敏器件和紫外探测器等方面。

对于ZnO材料的研究，我们已经取得了很大的成就，但是这些研究主要是集中于其材料的实验制备、功能和电子结构等理论工作。

近年来，过渡金属掺杂ZnO等稀磁半导体材料成为了人们的研究方向，激起了人们的研究欲望。

通过对氧化锌进行过渡金属的掺杂，能改变它的特性，同时也具有铁电性，所以成为了集成光电器件中一种极具潜力的材料。

关键词：1绪论1.1引言当前，人类社会已经进入了一个全新的信息化时代，信息的传输、处理、存储等过程都是通过电子和光子来参与实现的，光电子在信息技术领域中起到了举足轻重的作用。

上个世纪，人们制备出了红外发光二极管LED 和LD，实现了光通信和光信息处理。

随着社会经济的快速发展，人们对于信息技术的要求也越来越高，一直在不断的研究中寻求新的技术。

最近，ZnO材料由于其优越的性能引起了人们的研究热情。

氧化锌( ZnO) 作为一种新型的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带化合物半导体材料，具有禁带宽度大（约3.37eV），相比与其他的宽带隙材料，其激子束缚能高达60meV，这使得ZnO在室温下有更高效率的机子发光，是一种在紫外和蓝光发射方面很有前途的新型光电子材料。

ZnO 材料的出现，让人们意识到了这种半导体材料在制备短波长发光器件中的研究潜力。

1.2掺杂氧化锌的研究背景自从20世纪初透明导电氧化物（TCO）被发现，人们便开始在各种衬底沉积该种薄膜以使其用途多样化，现已在太阳能电池、液晶显示器、气体传感器、紫外半导体激光器以及透明导电薄膜等方面具有广泛的应用。

通过各种不同的掺杂，氧化锌( ZnO)能具有很好的光电性能，是光电器件极具潜力的材料.。

例如：掺Li 的ZnO 具有铁电性，可以开发为铁电器件；掺Al 、In 的ZnO 薄膜导电性好，透过率高，可以用于平板显示器和太阳能电池的透明电极；掺Li 、Mg 具有很好的光电性质，现已广泛用于光电开关等光电器件。

棒状ZnO基稀磁半导体的制备及性能研究的开题报告一、研究背景及意义随着信息技术的迅猛发展，人类对于新型材料的需求越来越迫切。

棒状ZnO基稀磁半导体由于其独特的光电性能和稀磁性质，成为了当代材料科学研究的热点之一。

其在光电器件、信息存储、生物医学等领域有广泛的应用前景。

二、研究内容(1)通过水热法、溶胶凝胶法、物理气相沉积法等多种方法制备棒状ZnO基稀磁半导体。

(2)采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段对其结构和形貌进行表征。

(3)通过紫外-可见漫反射光谱和荧光光谱等方法研究其光电性质。

(4)研究其稀磁性质，包括磁滞和磁化率等方面的性质表征。

三、研究方法(1)棒状ZnO基稀磁半导体的制备：采用水热法、溶胶凝胶法、物理气相沉积法等多种方法进行制备。

(2)表征：利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱和荧光光谱等仪器对其结构、形貌和光电性质进行表征。

(3)稀磁性质的探究：通过磁滞、磁化率等方面的性质表征，研究其稀磁性质。

四、预期成果(1)成功制备出棒状ZnO基稀磁半导体，并确定其结构和形貌。

(2)研究其光电性质及稀磁性质。

(3)确定其在光电器件和信息存储等领域的应用前景。

五、研究难点及解决方案(1)棒状ZnO基稀磁半导体的制备需要选择合适的方法，掌握制备条件。

(2)样品的形貌和结构表征需要利用多种手段，才能全面了解其性质。

(3)稀磁性质的研究需要采取合适的方法，得到准确数据。

解决方案：(1)综合利用水热法、溶胶凝胶法、物理气相沉积法等方法，选择最适合的方法进行制备。

(2)同时运用表征手段，例如X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱和荧光光谱等，以全面了解其性质。

(3)选择稀磁性质研究方法，在控制条件下进行磁滞、磁化率等方面的性质表征，得到准确数据。

六、进度安排第一年：进行样品的制备及结构、形貌表征。

第二年：对光电性质进行研究。

稀磁半导体的室温铁磁性研究进展摘要:由于具有室温铁磁性和在与电子自旋相关的电子器件上的潜在应用,稀磁半导体氧化物的研究引起了人们的高度关注。

实验上已经成功地制备了一系列具有室温铁磁性的氧化物稀磁半导体,其磁性特别是居里温度和磁性离子的磁矩与实验条件、制备方法、衬底选择等有密切的关系。

随着实验上稀磁半导体的制备成功,人们对其磁性机制也进行了大量的理论(计算)研究,然而至今也没有得出统一的结论。

稀磁半导体的铁磁性机制还需要大量的理论研究和实验论证,一旦投入应用,必将引发微电子革命,创造未来更加绚丽多彩的数字新生活。

1引入当前和未来是信息时代,今后对信息的处理、传输和存储的速度和规模的要求越来越高。

在信息处理和传输中扮演着重要角色是以半导体材料为支撑的大规模集成电路和高频率器件,在这些技术中它们都极大地利用了电子的电荷属性;而信息技术中另一个不可缺少的方面——信息存储(如磁带、光盘、硬盘等)则是由磁性材料来完成的,它们极大地利用了电子的自旋属性。

然而人们对于电子电荷与自旋属性的研究和应用是平行发展的,彼此之间相互独立。

这是因为在传统的电子线路中电子是自旋简并的,自旋向上和自旋向下的电流是相等的,因而无法把电子的电荷和自旋属性区分开来并加以利用。

在一些铁磁性物质中,交换劈裂使得费米面处自旋向上和自旋向下的电子态密度不相等,导致两种自旋电流的大小不等而出现总的自旋极化电流。

操纵和利用这种自旋电流的设想开辟了物理学研究的新领域:自旋电子学(Spintronics)。

它是研究自旋极化电子的输运特性(包括自旋极化、自旋相关散射与自旋驰豫)以及基于这些独特性质来设计、开发新型电子器件的一门新兴的交叉学科。

由于自旋电子学同时利用了电子的电荷和自旋属性,这无疑将会给未来的信息技术带来巨大的变革。

与传统的半导体器件相比,自旋电子器件具有速度快、体积小、能耗低、非易失性、功能强等优点。

常见的半导体材料具有带隙却不具有自旋劈裂和磁性,而常见的磁性材料有自旋劈裂和磁性却不具有半导体的带隙。

Mn 掺杂ZnO 稀磁半导体材料的制备和磁性研究于宙1李祥1-龙雪1程兴旺1王晶云2刘颖1曹茂盛1 王富耻11(北京理工大学材料科学与工程学院,北京 1000812(纳米器件物理与化学教育部重点实验室,北京大学电子科学与工程系,北京100871(2007年10月20日收到;2007年11月19日收到修改稿采用共沉淀方法制备了名义组分为Z n 1-x Mn x O(x =01001,01005,01007,0101的Mn 掺杂的Z nO 基稀磁半导体材料,并研究了在大气气氛下经过不同温度退火后样品的结构和磁性的变化.结果表明:样品在600e 的大气条件下退火后,仍为单一的六方纤锌矿结构的ZnO 颗粒材料;当样品经过800e 退火后,Mn 掺杂量为01007,0101的样品中除了Z nO 纤锌矿结构外还观察到Z nMn O 3第二相的存在.磁性测量表明,大气条件下600e 退火后的样品,呈现出室温铁磁性;而800e 退火后的样品,其室温铁磁性显著减弱,并表现为明显的顺磁性.结合对样品的光致发光谱的分析,认为合成样品的室温铁磁性是由于Mn 离子对Z nO 中的Zn 离子的替代形成的.关键词:Z nO,掺杂,稀磁半导体,铁磁性PACC :7550P,7280E-通讯联系人.E 2m ail:ai hyoo@bi 11引言ZnO 基稀磁半导体(dilutedmagneticsemiconductors,D M Ss材料由于具有优异的光电、磁光等特性,在自旋相关的光电子学、磁电子学等领域具有广泛的应用前景,引起了人们对Z nO 基D M Ss 的研究兴趣[14].Dietl 等人[1]指出,用Mn 2+对ZnO 进行p 型掺杂可以实现高温铁磁性.Sato 等人[2]指出,ZnO 中掺入Mn,Fe,C o,Ni 等3d 过渡金属(T M原子将显示铁磁有序.目前Z nO 基D M Ss 材料的制备主要用物理或化学方法引入T M 离子取代ZnO 晶格中的Zn 2+来实现其磁性,因为TM 离子半径与Z n 2+半径相差不大,容易进入Z nO 晶格中.文献的报道结果表明不同的制备方法与制备工艺所制备的样品磁性能存在着不一致性:L awes 等[5]用sol 2gel 方法制备的T M 掺杂的ZnO 具有顺磁性,Kim 等[6]采用sol 2gel 方法制备的Zn 018M n 012O 薄膜的T c 仅为39K.Sharma 等人[7]用固相反应法制备的Z n 0198M n 0102O 粉体和PLD 法制备的薄膜均呈现铁磁性,T c 高达420K,其研究表明铁磁性与烧结温度有很大的关系,而王漪等人[8]也用固相反应法制备的Z n 1-x Co x O 稀磁半导体材料在空气中退火后为顺磁性,而经H 2气氛退火后样品具有明显的铁磁性.Ueda 等[9]用PL D 法制备的Z n 1-x T M x O (T M=Mn,Co,Ni薄膜,其中只有Z n 1-x Co x O(x =01050125表现为铁磁性,其T c 为280K,但薄膜的重复率很低.Blasc o 等[10]用不同方法合成了Z n 0196M 0104O(M =Mn,Fe,Co,结果表明所有单一相的样品都是顺磁性或反铁磁性而出现了第二相的样品则表现为铁磁性.Alaria 等[11]用共沉淀的方法得到的(C o,Al2Z nO 粉末没有铁磁性而Liu 等[12]采用sol 2gel 方法制备的(Co,Al2ZnO 粉末的居里温度达到360K.由此可以看出,Z nO 基D M Ss 材料的制备方法不同,制备条件不同,得到的样品的磁性不一致,出现了明显的差异.此外,Mn 掺杂形成的稀磁半导体的室温铁磁性的稳定性也是一个值得关注的问题,文献对这方面的研究不多.因此,如何实现对材料制备的有效控制,探索出可重复地制备出具有室温铁磁性并具有很好的结构和磁性稳定性的D M Ss 是目前较为关注的问题.我们用共沉淀的方法来制备Zn 1-x M n xO(x =01001,01005,01007,0101材料,研究了不同退火温度对样品铁磁性的影响,结果表明,Zn 1-xM n x O 具有室温铁磁性,但铁磁性具有不稳定性,是第57卷第7期2008年7月100023290P 2008P 57(07P 4539206物理学报AC TA PHYSIC A SINICAVol.57,No.7,July,2008n 2008Chin.Phys.Soc.一种亚稳态的D M Ss材料.21样品制备共沉淀方法制备Z n1-x M n x O(x=01001,01005, 01007,0101材料的具体过程如下:将一定量的分析纯乙酸锌(Zn(CH3CO2#2H2O和乙酸锰(Mn (C H3C O2#4H2O溶于去离子水中,然后用磁力搅拌器在50e左右加热搅拌1h,把得到的澄清溶液放置12h以上,之后往溶液中滴加入氨水(N H3#H2O使其产生白色沉淀(至pH值>12,最后过滤白色沉淀,并用去离子水清洗(至pH值=7.把过滤得到的样品放到120e的烘箱中烘干,然后分别在400,600,700,800e的大气气氛下退火2h.制备样品的结构采用荷兰帕纳克公司的D P max22400型Panalytical X2pert粉末衍射仪(X RD和透射电镜(JE M2000进行表征;其磁性采用美国Lakeshore公司的VS M27407振动样品磁强计(VSM、另外光致发光(PL谱对制备样品的能带结构进行表征.31结果讨论图1是样品在120e下干燥制备和经过T s= 400,600,800e三个不同温度退火2h 后得到的Zn1-x Mn x O(x=017%室温X射线衍射图(Mn掺杂量小于017%的样品,其X RD谱图与M n掺杂为017%几乎相同,因此没有给出.从图1中可以看出经过120e 温度下干燥以及在T s=400,600e退火后得到的样品为单一的六方纤锌矿结构的Z nO,与六方纤锌矿结构的Z nO的标准衍射谱一致(JCPDS card No.8920510,没有出现杂蜂;而当经过T s= 800e退火后的样品在2H=35158b出现了杂峰(图中以*标出,该杂峰(*与锰的锌氧化物(Z nM nO3的峰一致(JCPDS card No.1921461,这种杂峰与Rubi 等人[13]报道的结果一致,杂峰的出现表明样品中出现了第二相.为了比较M n不同的掺杂量对合成的Z n1-x M n x O材料结构的影响,我们研究了经过T s=600, 800e两个温度下退火2h后得到的Z n1-x M n x O(x= 1%样品的室温X射线衍射图,如图2(T s=700e时的X射线衍射图与600e时差别不大,所以没给图1Mn掺杂量为017%的样品在120e下制备和400,600, 800e退火2h后室温下测量的X射线衍射曲线出.从图2中可以看出经过600e退火后,样品的特征峰均为六方纤锌矿结构的Z nO(JCPD S card No. 8920510,而当样品经过800e退火后,其结构与x =017%时的相似也出现了杂峰,这些杂峰(*可以标定为Z nMnO3.图2Mn掺杂量为1%的样品在600,800e退火2h后室温下测量的X射线衍射曲线通过对图1和图2的结果分析可以看出,在M n 掺杂的Z nO体系中,当M n的掺杂量在1%以下退火温度不高于600e时,退火后得到的样品具有单一的六方纤锌矿结构,但在退火温度达到800e左右时且Mn的掺杂量较高(如017%和1%时样品除了具有Z nO六方纤锌矿结构外,还出现了第二相.比较不同温度下退火后样品的XRD衍射谱,可以看出在经400,600e退火后的不同M n掺杂浓度的样品中,M n2+替代了Z nO晶格中的Z n2+的位置,样品仍然保持单一的六方纤锌矿结构.当经过T s= 800e退火后,由于退火温度较高,进入Z nO晶格中的锰离子与Z nO产生了分相、并与其周围的锌和氧4540物理学报57卷离子生成了新相,即出现了锰的锌氧化物(Z nM nO 3.图3 Mn 掺杂量为017%的样品在600e 退火2h 后的TEM 图图3为Mn 掺杂量为017%的样品在600e 退火2h 后的透射电子显微镜(TEM照片,其中的插图是样品的选区电子衍射图.从图中可以看出,样品颗粒尺寸小于150nm,从插图的电子选区衍射结果可以看出样品的电子衍射谱是包含有非连续点的环状结构衍射环,通过对各个衍射环的表征,其相应的各衍射环对应的指数如图3所示,结果表明样品是单一的Z nO 六方纤锌矿晶体结构与图1所示的结果完全一致,没有观察到第二相的存在,说明M n 掺杂量为017%的样品在600e 退火2h 后得到的样品具有单一相.此外,我们对样品的元素成分进行了表征,测量结果表明所有掺杂大于017%的具有单一的Z nO 六方纤锌矿晶体结构的样品其Mn 的原子百分比均在016%018%之间.图4 Mn 掺杂量分别为x =01001,01005,01007和0101的样品在600e 退火2h 后室温下测量的M 2H 曲线图4是Mn 不同掺杂量样品经过600e 退火后在室温测量的M 2H 曲线.从图中可以看出,随着Mn掺杂量从011%增加到017%,样品的室温饱和磁矩逐渐增强,M n 掺杂量为017%的样品的室温下的磁滞回线最明显,其饱和磁化强度M s =51051@10-3emu P g 、矫顽力为H c =11118Oe(1Oe=80A P m,表明其具有明显的室温铁磁行为.从样品的磁性测量结果,计算出样品中单个锰离子的平均磁矩为01005L B (L B 为玻尔磁子,与文献[14]一致,但远小于单个自由态的锰二价离子的磁矩,表明在我们的样品中存在M n 离子的之间反铁磁性和铁磁性是相互竞争,由于反铁磁性的竞争,铁磁性行为受到压制,所以单个锰离子的磁化行为比理论的值要小得多.在M n 掺杂量为1%的样品中,我们观察到样品的饱和磁矩和矫顽力较Mn017%掺杂的样品均发生了减小,大约与M n 掺杂量为011%的样品的测量结果相当.因此我们认为,在我们的制备方法中,M n 对Z nO 掺杂形成铁磁相的饱和溶解度应该在1%以下.M n 的掺杂量小于1%有利于其铁磁相的形成,过高的M n 掺杂会导致所合成的样品的磁矩和矫顽力下降,可能的原因是高的M n 掺杂浓度导致M n 与M n 离子的距离过于靠近,形成了反铁磁耦合.图5 Mn 掺杂量为017%的样品在400,600,700,800e 退火2h 后室温下测量的M 2H 曲线(插图为制备态的M 2H 曲线图5是Mn 掺杂浓度为017%的样品在不同温度下退火后室温下测量的M 2H 曲线,其中插图是样品在120e 干燥后未经退火测量的M 2H 曲线.从图中可以看出,未经退火的样品呈现为顺磁性,而经过退火后的样品呈现呈铁磁性.退火温度由400e 升高到600e ,所得到的样品的饱和磁矩以及矫顽力均显著增大,但经过700e 退火后得到的样品的饱和磁矩、矫顽力却显著地减小,其绝对值小于400e 退火后得到的样品的相应值,表明超过700e 退火的样品中Mn 元素出现了偏析导致M n 2M n 之间产生45417期于宙等:Mn 掺杂Z nO 稀磁半导体材料的制备和磁性研究了反铁磁耦合或者M n 离子与ZnO 晶体产生分相而形成第二相ZnM nO 3.Z nMnO 3第二相对Zn 1-x M n x O 体系磁性的影响目前还没有定论,仍是大家讨论的问题,到目前为止,还没有纯Z nMnO 3具有室温铁磁性的报道[15].当样品经过800e 退火后,其磁滞回线基本上是一条直线,表现为明显的顺磁行为.这说明退火温度对样品的磁性有影响[7].由于Mn 2O 二元化合物不具有室温铁磁性,因此,我们可以认为样品中出现铁磁性可能来源于M n 对Z nO 晶格中Zn 的替代作用.图6 Mn 掺杂量为017%的样品在600,700,800e 退火2h 后室温下测量的PL 谱为了探索样品中的室温铁磁性的起源机理,我们研究了M n 掺杂量为017%的样品经过不同温度退火后在室温条件下的发光特性,以期望找到磁性起源的证据.图6是M n 掺杂量为017%的样品在600,700,800e 退火2h 后室温下测量的光致发光(PL 谱,激发光源为波长325nm 的He 2Cd 激光器.图5中的插图是采用对数坐标作出的PL 谱曲线.由图5可以看出经过不同退火温度处理后的样品,其PL 谱在390nm(3118eV左右均有一个弱的近带边紫外发光峰,同时在可见光区均有一个发光强度较强的发光带,该发光带强度的最大值位于700nm (1177e V左右,而其在绿光发射波段范围内的发光强度较红光区弱.样品的可见光区的光致发光强度从绿光波段一直到红光波段逐渐增强,说明样品中存在大量的准连续的有缺陷和掺杂导致的掺杂能级.文献中报道Z nO 薄膜主要有3个光致发光带[1618]:380nm 左右的近带边紫外发射;510nm 左右的绿色发射和650nm 左右的红色发射.380nm 附近的紫外发光峰,对应的激发能为3126eV,小于带隙(E g =3137e V,人们一般认为[19]此发射源于带边自由激子的复合,是与激子跃迁有关的发光峰,其发光强度取决于ZnO 的结晶质量,结晶质量好的Z nO 自由激子紫外发射强度高;而绿色和红色发光与Z nO 晶格中的本征缺陷(O 空位和Z n 填隙形成的深能级有关.从文献[20]用FP 2L M TO 理论计算所得到的数据知道,浅受主能级Z n 空位(V Zn 和O 填隙(O i 分别位于价带上方013e V 和014e V,导带到这些受主的跃迁对应能量分别为3107eV 和2197eV;而浅施主能级Zn 填隙(Z n i 和深施主能级氧空位(V O 分别位于导带下方015e V 和113eV,这些施主到价带的跃迁对应能量分别为2187eV 和2107eV.我们知道在ZnO 晶格中,氧离子半径为0114nm,而锌离子半径只有01074nm,由于半径较大的氧离子形成填隙的概率很小,Z nO 晶体中易于形成锌原子填隙缺陷,当掺杂了M n 元素之后M n离子替代了ZnO 晶格中的Zn 离子,这样在制备的样品中会存在大量锌填隙原子,这些锌填隙原子的存在导致了从绿光波段到红光波段有连续的能级跃迁.而700nm 附近的红色发光峰是深施主氧空位缺陷(正二价到价带顶之间的跃迁造成的.与文献[18]的报道相比我们的样品在近带边紫外发射出现了红移,表明样品掺杂后形成的缺陷对激子的束缚能增加,致使激子或载流子复合发光的能量减小而使得其边带发光能量减小.可见光区发光带中红色区的发光峰的红移可能与掺杂过程中深施主能级氧空位V O 的态密度向价带偏移有关.此外,从图6还可以看出,随着退火温度的增加,样品的可见光区的光致发光强度迅速地减弱,同时,其近紫外区的边带发光峰的半峰宽变窄.这一实验现象表明,随着样品退火温度的增高,导致了Z n 1-x M n x O 中的M n 与ZnO 分相,使得退火后得到的样品中Z nO 的晶体质量变好,晶体中的缺陷密度减小,参与可见光区光致发光的跃迁的载流子浓度减小.因此,可以认为在我们所研究的样品中,Zn 1-xM n x O 中的M n 替代原子、Z n 填隙位缺陷和O 的空位缺陷等经过退火后,M n 原子与Z nO 产生了分相以及Z n,O 导致的缺陷被消除,使Z nO 晶格中的锌填隙以及氧空位数目显著地减小,导致相应的缺陷发光峰强度急剧减弱.这一结论与我们的XRD 研究结果相一致.样品中载流子浓度的改变应该可以从测量其导电特性给出直接的证据,我们测量了样品的电阻,结4542物理学报57卷果表明,本文所研究的样品的导电性极弱,接近我们的测量仪器的极限,但仍然可以看出对应于图6中三个样品经过600e到800e退火相应的电阻率有明显地增大.说明样品经过退火后其载流子浓度有下降的趋势.综合样品的X RD,PL谱和磁性测量结果,可以看出样品的磁性与样品中的载流子浓度有关,随着样品中载流子浓度的降低,其室温铁磁性也随着减弱.Shi等人[21]制得的Zn1-x Co x O样品由于没有氧空位,表现为顺磁性,Alaria等[22]认为在D M Ss 材料中当电子浓度还没有高到使铁磁性耦合占绝对优势时,所制得的样品始终表现为一种复合的性质:顺磁性和反铁磁性.因此,我们可以得到如下的结论:在M n掺杂浓度低于1%、退火温度为600e左右时得到的样品其晶体中有锌填隙以及氧空位缺陷导致的载流子的数量多、浓度大,铁磁性耦合占优势,样品表现为室温铁磁性,而当退火温度达到800e时,可见光发光强度明显降低,这说明了此时样品中的参与缺陷相关的能级跃迁的载流子数减少,同时样品的磁性也显著降低.因此可以推测样品的M n原子相关的铁磁性耦合与样品中的载流子数目多少有关,样品中载流子的浓度的高低直接影响到样品室温铁磁性的强弱.至于它们之间存在着怎样的数量关系,我们还有待进一步的实验探讨.41结论本文采用共沉淀方法制备体系为Z n1-x Mn x O(x =01001,01005,01007,0101的M n掺杂的Z nO基稀磁半导体材料,并研究了不同退火温度对样品的结构和磁性的影响.XRD测量表明,低退火温度下无论是那种掺杂量都没对ZnO的结构产生影响,即仍为六方纤锌矿结构,而退火温度为800e,掺杂量相对较高时(x=01007和0101出现了第二相Z nM nO3.通过对Z n01993M n01007O样品在T s=600,700, 800e退火后的室温光致发光谱分析表明,锰元素掺杂形成的Zn2M n2O中载流子的浓度对M n 离子相关的铁磁性耦合起关键性的作用.通过对不同配比以及各种退火温度条件下磁性能的测量可以看出,在我们所研究的M n掺杂的ZnO体系中,样品具有室温铁磁性的最佳掺杂浓度为017%,最佳的退火温度在600e左右.[1]Dietl T,Ohno H,Matsukura F,Cibert J,Ferrand D2000Sc ie nce2871019[2]S ato K,Katayam a2Yoshida H2000Jpn.J.A ppl.Phys.39L555[3]Zhang L L,Guo C X,Chen J G e t al2005C hin.Phys.14586[4]Zhou X,Wang S Q,Lian G J et al2006C hin.Phys.15199[5]Lawes G.,Ris bud A S,Rami rez A P,Seshadri R2005Phys.Re v.B71045201[6]Ki m Y M,Yoon M,Park I W et al2004Solid State Com m un.129(3175[7]S harma P,Gupta A,Rao K V et al2003Nat.Mate r.2672[8]W ang Y,Sun L,Han D D et al2006Ac ta Phys.Sin.556651(i nC hinese[王漪、孙雷、韩德栋等2006物理学报556655][9]Ueda K,Tabata H,Kawai K2001A ppl.Phys.Lett.79988[10]B las co J,B rtolom F,Garc a L M,Garc a J2007J.Magn.Magn.Mater.316177[11]Alari a J,Bieber H,Colis S,Schmerber G,Dinia A2006A ppl.Phys.Lett.88112503[12]Liu X C,Shi E W,C hen Z Z,Zhang H W,Xi ao B,S ong L X2006A ppl.Phys.Le tt.88252503[13]Rubi D,C alleja A,Arbiol J,Capdevila XG,Segarra M,Aragon sL,Fontcuberta J2007J.Magn.Magn.Mate r.316211 [14]Park H J,Ki m G M,Jang M H,Ryu S2004A ppl.Phys.Le tt.841338[15]Blasco J,B artolom F,Garc a L M,Garc a J2006J.Mate r.C he m.162282[16]Cho S,Ma J,Ki m H et al1999A ppl.Phys.Le tt.752761[17]Vanheusden K,Seager C H,Warre W L e t al1996A ppl.Phys.Lett.68403[18]Look D C,Reynolds D C,Fang Z Q et al1999Mate rials Scienceand Enginee ring B66(30321[19]Zhang X T,Liu Y C,Zhi Z Z et al2001J.Phys.D:A ppl.Phys.343430[20]Bagnall D M,C hen Y F,S hen M Y e t al1998J.C ryst.Growth.185605[21]Shi T F,Zhu S Y2006A ppl.Phys.Lett.90102108[22]Alaria J,B ieber H,C olis S e t al2006A ppl.Phys.Le tt.8811250345437期于宙等:Mn掺杂Z nO稀磁半导体材料的制备和磁性研究4544 物理学报 57 卷 Study of synthesis and magnetic properties of Mn2doped ZnO diluted magnetic semiconductors Yu Zhou1 Li Xiang1- Liu Ying 1 Long Xue1 Cheng Xing2Wang1 1 Wang Jing2Yun2 1 Cao Mao2Sheng Wang Fu2Chi 1 ( School o Material Sciences & Engineering , Beijing Institute o Technology , Beijing f f 100081, China 100871, China 2 ( Key Laboratory for Physics and Chemistry o Nanodevices, Department o Electronics, Peking U f f niversity , Beijing ( Received 20 October 2007; revised manuscript received 19 November 2007 Abstract Co2precipitation method was employed to synthesize Mn doped ZnO dilution semiconductors Zn1- x Mnx O with the nominal composition of x = 01001, 01005, 01007 and 01011 The annealing temperature ( Ts = 400, 600, 700 and 800 e dependent structure as well as the magnetic property of the produced samples were studied. The results indicated that samples sintered in air under the temperatures of 600 e has single wurtzite Z structure with prominent ferromagnetism at room temperature; while in nO samples with the Mn nominal content of 01007 and 0101 sintered in air at 800 e , a second phase, namely the ZnMnO3 was observed. The sample with x = 01007 shows largest magnetization and coercivity. Increasing the annealing temperature to 800 e results in decreasing of both magnetization and coercively, and the paramagnet ism was enhanced. Combining with the analysis of the PL spectrum, it is reasonably concluded that the ferromagnetism observed in the studied samples originates from the doping of Mn in the lattice of ZnO crystallites.Keywords: ZnO, doping, D MSs, ferromagnetim PACC: 7550P, 7280E - Corresponding author. E 2mail: aihyoo@bit. edu. cn。

ZnO基稀磁半导体的铁磁性机理的开题报告
一、研究背景和意义
稀磁半导体是一类既具备半导体特性，又同时具有铁磁性或反铁磁性的材料，具有巨大的应用潜力。

其中，ZnO基稀磁半导体因其优良的光学、电学和磁学性质，被广泛应用于磁性存储、光电器件和自旋电子学等领域。

然而，目前对于ZnO基稀磁半导体铁磁性机理的研究还十分不完善。

因此，探究ZnO基稀磁半导体的铁磁性机理，对于进一步推动稀磁半导体相关领域的发展具有十分重要的意义。

二、研究内容
本研究旨在研究ZnO基稀磁半导体的铁磁性机理。

具体研究内容包括以下几个方面：
1. ZnO基稀磁半导体材料的制备。

通过化学气相沉积、物理气相沉积、溶胶-凝胶法等方法，制备出具有稀磁半导体特性的ZnO基材料。

2. 磁学性能的表征。

通过X射线衍射、超导量子干涉磁强计、磁光Kerr效应等手段，分析所制备的ZnO基稀磁半导体材料的磁学性能。

3. 磁性机理的探究。

通过磁滞回线、M-H曲线、VSM等方法研究ZnO基稀磁半导体材料的磁性机理，分析其铁磁性来源。

三、预期成果
通过对ZnO基稀磁半导体铁磁性机理的探究，本研究旨在获得以下预期成果：
1. 推动稀磁半导体相关领域的发展，为磁性存储、光电器件、自旋电子学等领域的应用提供新的思路和方向。

2. 对ZnO基稀磁半导体材料的铁磁性机理有更为清晰的认识。

3. 为长期稳定的稀磁半导体制备提供理论支持。

4. 积累ZnO等ZnO族半导体材料的相关研究经验。

Mn掺ZnO基稀磁半导体的制备与结构研究稀磁半导体是国际上研究的热点之一，锰掺氧化锌基稀磁半导体更是稀磁半导体中最引人瞩目的研究方向之一。

尽管目前这一领域取得了不少进展，但仍有许多问题亟待解决。

本文采用磁控溅射法制备了氧化锌及锰掺杂氧化锌薄膜，通过控制工作气压、锰溅射功率、氩气流量、基片温度、共溅样品转盘转速、退火温度等条件研究了生长条件对薄膜结构、表面形态及成分等的影响。

经研究发现：1.X射线衍射结果显示工作气压系列中，1.0Pa样品具有第二相，其余样品均具有单一且显著的(002)择优取向峰，说明锰成功掺入了氧化锌中，这一结论也被拉曼测试结果证实。

2.改变锰溅射功率过程中，5.0W时样品存在一些清晰凸出颗粒，10.0W时样品呈片状，颗粒度明显降低。

当锰溅射功率较小时，更有利于薄膜择优生长。

3.测试氩气流量系列后，发现氩气流量为20sccm时，(002)衍射峰半高宽最窄，说明此时薄膜产生更显著的c轴取向，为理想的结构特性。

4.改变转盘转速的样品系列显示，转速为3.1round/min时，衍射峰的半高宽最窄，薄膜此时产生更显著的c轴取向。

拉曼散射测试显示转速对薄膜结构的影响不大。

5.实验分为两个温度系列。

基片温度对薄膜表面影响较大。

基片温度为100℃时样品薄膜质量最佳；200℃时样品薄膜表面趋于平整，出现较清晰的颗粒且组成均匀致密的连续膜；300℃时样品由更加细小的颗粒组成，但是表面均匀致密性变差；400℃时出现一些尺寸较大的类团簇物质。

退火温度系列中，X射线衍射及拉曼测试结果表明薄膜结晶质量随着外部温
度的升高而降低。

拉曼测试结果显示退火温度对样品缺陷影响较小，对样品应力影响相对明显。

形貌和掺杂对纳米ZnO吸波性能影响的研究进展【摘要】本文综述了形貌和掺杂对纳米ZnO吸波性能的研究进展。

首先介绍了纳米ZnO的研究意义和研究背景，然后详细讨论了ZnO纳米结构的形貌对吸波性能的影响和掺杂元素对ZnO吸波性能的影响。

接着分析了形貌与掺杂相互作用对吸波性能的影响，并介绍了纳米ZnO吸波性能的测试方法及相关研究进展。

最后总结形貌和掺杂对纳米ZnO吸波性能的影响，并探讨了存在的问题与展望。

本文对于深入理解纳米ZnO吸波性能的影响因素具有重要意义，为相关研究提供了参考和指导。

【关键词】纳米ZnO, 形貌, 掺杂, 吸波性能, 相互作用, 测试方法, 研究进展, 结论, 问题与展望1. 引言1.1 纳米ZnO的研究意义通过对纳米ZnO的形貌和掺杂进行研究，可以进一步优化其性能，拓展其在吸波材料领域的应用范围。

形貌和掺杂对纳米ZnO吸波性能的影响是一个重要且有待深入研究的问题，其研究意义不仅在于深入了解纳米ZnO的物理化学特性，还在于为开发高性能吸波材料提供理论基础和实验指导。

对形貌和掺杂对纳米ZnO吸波性能的影响进行系统研究具有重要的理论和实际意义。

1.2 研究背景ZnO纳米材料具有广泛的应用前景，特别是在电磁波吸收领域。

纳米ZnO材料因其特殊的结构和优异的性能，被广泛应用于吸波材料的研究中。

随着纳米技术的不断发展，各种形貌和掺杂方法不断涌现，对纳米ZnO吸波性能进行了深入研究。

研究表明，ZnO纳米材料的形貌和掺杂元素对其吸波性能有着显著的影响。

研究纳米ZnO材料的形貌和掺杂对其吸波性能的影响，具有十分重要的意义。

本文将对形貌和掺杂对纳米ZnO吸波性能的影响进行系统综述，以期为纳米ZnO材料在电磁波吸收领域的应用提供重要参考和指导。

2. 正文2.1 ZnO纳米结构的形貌对吸波性能的影响ZnO纳米结构的形貌对电磁波在材料中的传播和吸收起着至关重要的作用。

由于纳米ZnO具有较大的比表面积，其表面形貌会影响电磁波的散射和吸收效果。

co掺杂zno稀磁半导体的制备与磁性研究
最近几年，氧化锌（ZnO）-碳氧化物（CO）复合材料作为一类稀磁半导体，已经引起
了国内外学者的广泛关注，其因具有可调节磁性调控和电子绝缘属性，并且具有较高的催
化性能，易制备，耐久性良好等优点，可用于提高能源组件的性能，发展新型能源等方面。

因此，有关研究者致力于研究氧化锌与碳氧化物的双重掺杂制备稀磁半导体的方法以及其
磁性表现。

首先，我们采用水热法制备了ZnO-CO复合稀磁半导体，其制备过程为将溶液中所有
原料考到容器中，加入特定剂量的碳源，然后加热与搅拌。

这种方法可以在一定温度下可
控制地将氢氧化锌与碳氧化物稀释而得到ZnO-CO复合材料。

然后，我们将复合材料制成
晶体，研究其结构。

结果表明，碳分布均匀，金属氧化物的c晶面呈nanorod-like结构，表明复合材料均匀掺杂，且足够稀疏。

接下来，通过测量晶体吸收光谱及磁性调控特性，证实掺杂ZnO-CO复合材料具有有
较强的磁性，且可以通过微分吸收光谱证实有较强的磁性强度。

此外，根据测量结果，我
们发现，随着ZnO-CO复合材料中CO比例的增加，其饱和磁化和磁性降低特性也相应增强，表明CO掺杂聚集稀磁半导体的磁性调控性能越强。

由此可见，氧化锌（ZnO）-碳氧化物（CO）复合材料是一种有潜力的稀磁半导体材料，在能源组件的制备及性能的提高方面有广泛应用前景。

但是，关于复合材料的详细机制还
需要进一步研究，以更深入地探索其在电气与磁电效应、磁控沉积、催化、生物传感器等
方面的应用及未来发展。

Cu掺杂ZnO稀磁半导体的制备微观结构和磁特性分析优秀毕业论文精品参考文献资料摘要ZnO基稀磁半导体在实现电荷和自旋的同时操纵方面有极大的应用价值，是制各自旋电子学器件的首选材料，如何研制出具有室温铁磁性的ZnO稀磁半导体，使其制备的自旋器件在室温下能够应用，是当前人们研究的热点。

尽管有许多关于其室温铁磁性的报道，但是这些观察到的铁磁性是源于掺杂离子的替位效应还是其偏析物一二次相或团簇，存在较大争议。

究其原因是常规分析手段(如XRD)很难探测到稀磁半导体中低浓度掺杂离子的详细结构信息，而磁性来源和ZnO稀磁半导体的微观结构是密切栩关的。

所以选择灵敏度高的分析手段来研究ZnO稀磁半导体的微观结构是了解其磁性来源的关键。

另外，为了避免二次相或团簇问题，选择非磁性元素(如Cu)作为掺杂剂，目前是人们关注的焦点。

本论文选择Cu作为掺杂剂并使用高灵敏的同步辐射X射线衍射(SR．Ⅺ①)和X射线吸收精细结构谱(Ⅺ虹S)结合质子激发X射线荧光技术(PⅨE)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman Spectrum)和交变梯度磁强计(AGM)等多种分析手段对Znl-xCuxO稀磁半导体的微观结构和磁性进行详细研究，得到了一些有价值的研究结果。

1．使用经过恢复和改造的磁控溅射镀膜机，采取射频磁控溅射和复合靶技术，在蓝宝石(A1203)衬底上制备了一系列znl．xCuxO薄膜。

2．几]PIXE测量了样品rfl Cu的含量，结果表明样品rfl除了Cu，没有如Mn、Fe、Co和Ni等铁磁性杂质。

普通XRD和SR-XRD结果均表明样品呈现ZnO六角纤锌矿结构，没有发现Cu团簇和CuO、Cu20等二次相。

同步辐射扩展X射线吸收精细结构谱(EXAFs)结果表明Cu替位zn进入了ZnO品格，但是替位使Znl．。

Cu。

O处于中等无序状态，这也被Raman光谱所证实。

XPS谱中的Cu 2+独有的卫星峰，表明样品中存在+2价的替位Cu，+2价的Cu能够提供局域磁矩。