溶膠—凝膠法制備Fe摻雜ZnO基稀磁半導(dǎo)體.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體是指磁性過渡族金屬離子或稀土金屬離子等部分地?zé)o序替代半導(dǎo)體材料中的非磁性陽離子所形成的一類新的半導(dǎo)體材料.它能夠同時利用電子的電荷和自旋這兩個自由度而有望得以應(yīng)用在新型的電子信息材料器件之中,因此倍受人們的關(guān)注.本文采用溶膠.凝膠手段制備Fe摻雜ZnO基稀磁半導(dǎo)體粉末,在大量工藝探索的基礎(chǔ)上,結(jié)合樣品的結(jié)構(gòu)分析,化合狀態(tài),光學(xué)特性及磁性行為,對樣品的室溫磁性狀態(tài)及來源進(jìn)行了初步的探討和分析. 首先,探索出具有單一纖鋅礦

2、相和室溫鐵磁性的Fe摻雜ZnO基稀磁半導(dǎo)體粉末樣品的制備工藝.實驗表明,抗壞血酸在樣品制備過程中起著關(guān)鍵的作用,它能夠有效地保護(hù)Fe<'2+>離子在空氣環(huán)境中進(jìn)入ZnO晶格完成無序取代而不被氧化,使樣品保持單一的ZnO纖鋅礦結(jié)構(gòu).摻雜元素Fe能夠比較均勻的分布在ZnO晶格之中,與理想的無序取代趨于一致,主要以二價形式存在,并且晶胞體積隨著Fe摻雜濃度的提高而增大.Fe摻雜ZnO粉末樣品的激子帶邊發(fā)光特性較純ZnO出現(xiàn)紅移特性,同時強(qiáng)度隨

3、著摻雜濃度增大而減弱.所有摻雜粉末樣品都呈現(xiàn)出顯著的鐵磁特性,并且隨著Fe摻雜量的提高,粉末樣品的飽和磁化強(qiáng)度也隨之不斷增大,這可能是由于樣品中鐵磁性在與反鐵磁性的競爭中逐漸隨之占據(jù)優(yōu)勢所引起的. 其次,分別對由n型摻雜物In和p型摻雜物Na與Fe共摻雜的ZnO粉末樣品的結(jié)構(gòu)、光學(xué)和磁學(xué)特性進(jìn)行了實驗研究.結(jié)果表明,In或Na與Fe共摻雜的摻雜ZnO基稀磁半導(dǎo)體粉末都保持了原有單一的纖鋅礦六角結(jié)構(gòu)相,并且晶胞參數(shù)也隨著摻雜濃度的