ZnO基稀磁半導(dǎo)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(huì)越來越突出，其中，電子的自旋特性將會(huì)占據(jù)極為重要的地位。在自旋電子學(xué)中，自旋極化電流的有效注入是自旋電子器件進(jìn)入實(shí)用化的前提條件。稀磁半導(dǎo)體兼具半導(dǎo)體性質(zhì)和磁性能，能有效地進(jìn)行自旋注入。
　　 本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面對(duì)氧化鋅基稀磁半導(dǎo)體材料的性能進(jìn)行了研究。在理論上，通過第一性原理計(jì)算，對(duì)ZnO中兩種主要的本征點(diǎn)缺陷VO和Zni以及Li摻入后形成的點(diǎn)缺陷Lii、LiZn對(duì)Z

2、nO的性能影響進(jìn)行研究。結(jié)果表明，上述各種缺陷均無法單獨(dú)在ZnO中誘發(fā)鐵磁性。其次，對(duì)單獨(dú)進(jìn)行Mn、Ni摻雜的ZnO也進(jìn)行了仿真計(jì)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(gè)Mn原子之間也傾向于靠近，整體上易于形成反鐵磁性團(tuán)簇。這說明單獨(dú)的Mn摻雜ZnO難以形成具有室溫鐵磁性的稀磁半導(dǎo)體材料。而在Ni摻雜的ZnO中，Ni的自旋排列對(duì)整個(gè)體系的能量影響不大，單獨(dú)摻雜Ni也可能會(huì)產(chǎn)生鐵磁性。在實(shí)驗(yàn)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(dǎo)體材料。在三種材料中都發(fā)現(xiàn)了室溫鐵磁性。當(dāng)磁性摻雜離子的濃度少于5mol％時(shí)，在相同外磁場(chǎng)強(qiáng)度的情況下，材料的磁化強(qiáng)度會(huì)隨著磁性摻雜離子的濃度的增大而增強(qiáng)。但在NiZnO材料中摻入少量的Li時(shí)，原本有鐵磁性的材料變成了無鐵磁性，而當(dāng)Li濃度較高時(shí)，NiZnO體系又出現(xiàn)了鐵磁性。在MnZnO中，過多的Li可能會(huì)削弱MnZnO的鐵磁性。這主要是因?yàn)長(zhǎng)i摻入后會(huì)較大地改變Zn