Co摻雜ZnO納米晶體的制備及物性研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體材料，由于其在自旋電子器件上的潛在應(yīng)用價(jià)值，在最近幾年里引起了人們廣泛的興趣。為了能實(shí)際應(yīng)用，必須要獲得居里溫度在室溫以上的鐵磁性稀磁半導(dǎo)體。因?yàn)閆nO是寬禁帶半導(dǎo)體（帶寬為3.3ev），有著很高的激子束縛能（60mev），很有希望作為下一代的用光學(xué)性質(zhì)或者電學(xué)性質(zhì)來(lái)控制磁學(xué)性質(zhì)的自旋電子器件材料。然而，關(guān)于過(guò)渡金屬（Fe、Co、Ni）摻雜ZnO的磁半導(dǎo)體，其磁性的機(jī)理仍存在著大量有爭(zhēng)議。有人認(rèn)為ZnO基稀磁半導(dǎo)體是反鐵磁性的

2、，也有人認(rèn)為它是順磁性的，還有人認(rèn)為它是鐵磁性。
　　本論文針對(duì)ZnO基稀磁半導(dǎo)體磁性上的爭(zhēng)議，先對(duì)Zn1-xCoxO進(jìn)行了制備上的探索，然后利用多種表征手段對(duì)樣品的物理性質(zhì)進(jìn)行了研究，最后在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上提出了一個(gè)關(guān)于Zn1-xCoxO磁性機(jī)理的物理模型。
　　由于目前已報(bào)道的大多數(shù)ZnO摻磁性過(guò)渡金屬的樣品都是薄膜，而薄膜的質(zhì)量很小，磁性很弱，很難探測(cè)，再加薄膜一般是長(zhǎng)在反鐵磁襯底上的，分析磁性時(shí)需要將襯底的背底扣除，

3、而襯底的信號(hào)一般比薄膜大很多，所以最后得到的結(jié)果誤差會(huì)比較大。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們采用水熱法合成樣品Zn1-xCoxO。這是因?yàn)樗疅岱軌蛑苯雍铣蓸悠范恍枰靡r底，從而解決了扣除背底引發(fā)的問(wèn)題。在制備過(guò)程中我們嘗試了各種制備條件，最終成功的合成了出了單相的Zn1-xCoxO納米晶體。
　　為了對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)及微觀性質(zhì)進(jìn)行了研究，我們采用了多種表征手段。XRD測(cè)試結(jié)果表明，樣品Zn1-xCoxO（x≤0.1）是典型的ZnO結(jié)構(gòu)；X

4、PS分析表明了樣品中的Co離子是正二價(jià)的；傅立葉紅外光譜證實(shí)了Co離子進(jìn)入了ZnO的晶格并影響了分子的振動(dòng)；拉曼光譜檢測(cè)到了Zn1-xCoxO的Co離子周圍的施主缺陷的局域振動(dòng)模；掃描電鏡顯示Zn1-xCoxO是一種50nm左右的塊狀納米顆粒，掃描電鏡附帶的X射線能譜分析表明Zn1-xCoxO納米晶體中只含有Zn，Co，O三種元素；高分辨透射電鏡對(duì)Zn1-xCoxO納米晶體的表面晶格結(jié)構(gòu)進(jìn)行了成像，未觀察到不同結(jié)構(gòu)的團(tuán)簇出現(xiàn)。