ZnO基稀磁半導體微米材料的制備及其性能研究.pdf

1、稀磁半導體(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合起來,具有優(yōu)異的磁,電,磁電等性能,在自旋電子學、光電子領域展現(xiàn)出了非常廣闊的應用前景。因此制備出性能優(yōu)異的稀磁半導體是我們研究的主要目的。ZnO是一種寬帶隙極性半導體,具有較高的激子束縛能(60meV)、穩(wěn)定的化學性能、豐富易得的原料、低廉的價格等優(yōu)點。ZnO易于摻雜過渡金屬離子,并且根

2、據(jù)理論計算 ZnO基稀磁半導體具有較高的居里溫度(Tc)。因此 ZnO基稀磁半導體成為目前的研究熱點。
　　本實驗應用水熱法,制備過渡金屬摻雜的ZnO稀磁半導體。通過改變摻雜離子種類和摻雜離子濃度,研究其對 ZnO基稀磁半導體磁性能的影響。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,通過簡單的水浴反應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)物為纖鋅礦結構的ZnO多孔納米片。EDS和 XPS對樣品的成分進行分析,表明 Fe元素是以+3價形式進入 ZnO晶格中,替代了Zn2+。ZnO的帶隙隨摻雜量的增多而逐漸減小,室溫熒光光譜表明,Fe離子的摻雜濃度越大,ZnO缺陷濃度越低,熒光強度減弱。這是由于形成了雜質(zhì)能級使得 ZnO的缺陷濃度降低。氣體傳感實驗表明,適量摻雜的ZnO對丙酮和異丙醇的傳感效果增強,而過量摻雜反而會減弱傳感效果。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350K。隨著鐵離子摻雜量的增大,飽合磁化強度明顯增強。另外,磁性研究還發(fā)現(xiàn), ZnO自身也具有室溫鐵磁性。金負載后的ZnO:Fe飽合磁化強度減弱。
　　2.使用醋酸鋅、醋酸錳和碳酸銨作為原料,通過簡單的水熱反應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稀磁半導體。研究了反應條件如反應物濃度、添加表面活性劑,改變?nèi)軇┑葘Ξa(chǎn)物的形貌的影響,并對合成產(chǎn)物的光、磁性能進行研究。