稀磁半導(dǎo)體因其在自旋電子器件上有著很高的潛在應(yīng)用價(jià)值而吸引了國內(nèi)外科研人員的廣泛關(guān)注。ZnO在室溫下同時(shí)具有鐵磁性和電子的荷電特性,如何制備出室溫下的稀磁半導(dǎo)體使其可以應(yīng)用于制備自旋電子器件已經(jīng)成為人們研究的熱點(diǎn)。ZnO作為一種寬禁帶半導(dǎo)體,有高的激發(fā)能(60meV)、穩(wěn)定的化學(xué)性能和熱性能,并且價(jià)格低廉、資源豐富,所以有廣泛的應(yīng)用前景和豐富的研究內(nèi)容。近年來,對(duì)ZnO基稀磁半導(dǎo)體的研究方興未艾,但是在一些重要機(jī)理研究上仍然存在很大爭(zhēng)議。例如,ZnO基稀磁半導(dǎo)體的磁性起源問題、磁性和非磁性元素?fù)诫s對(duì)磁性能的影響以及半導(dǎo)體缺陷在稀磁特性中扮演的角色等。本文選擇非磁性和磁性元素?fù)诫sZnO薄膜為研究對(duì)象,重點(diǎn)研究了Mg、Co摻雜ZnO半導(dǎo)體薄膜的稀磁特性,并且結(jié)合光譜技術(shù)探討了Mg、Co:ZnO薄膜的磁性起源。取得的主要研究內(nèi)容如下：1、采用脈沖激光沉積(Pulsed Laser Deposition, PLD)技術(shù)制備Mg、Co摻雜ZnO薄膜,選取單晶Si(100)作為薄膜襯底,在不同元素、含量和退火溫度等條件下,研究了薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌、磁學(xué)性能及光學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)表明,摻雜后的薄膜,根據(jù)摻雜含量不同分別具有六角形纖鋅礦結(jié)構(gòu)和四方相結(jié)構(gòu),進(jìn)而引起了磁性上的差異。揭示出ZnO半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與磁性具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,為研制稀磁ZnO半導(dǎo)體材料提供了有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。2、系統(tǒng)研究了非磁性Mg摻雜ZnO薄膜。研究結(jié)果表明,所有Mg摻雜ZnO薄膜在室溫下均呈現(xiàn)出鐵磁性。當(dāng)非磁性元素含量較低時(shí),薄膜具有六角形纖鋅礦結(jié)構(gòu),XRD譜線呈現(xiàn)單一的ZnO(002)峰,說明樣品為單晶薄膜。當(dāng)Mg含量繼續(xù)增加時(shí),ZnO(002)峰逐步減弱而MgO(200)峰逐步增強(qiáng),當(dāng)Mg含量增加到0.25時(shí),薄膜轉(zhuǎn)化為四方相結(jié)構(gòu),并且其磁性隨之增強(qiáng).。同時(shí)發(fā)現(xiàn),氧氣氛和退火溫度對(duì)磁性也產(chǎn)生明顯的影響,氧壓增加對(duì)薄膜的磁性有增大效應(yīng),而退火溫度的提高會(huì)減弱薄膜的磁性。3、系統(tǒng)研究了磁性元素Co摻雜的ZnO薄膜。研究結(jié)果表明,與Mg元素相比,難以獲得ZnCoO薄膜的單晶結(jié)構(gòu),Co摻入ZnO晶格之后,除了六角形纖鋅礦結(jié)構(gòu)之外,薄膜還形成混合相。薄膜磁性隨著Co含量增大先減小后增大。改變ZnCoO薄膜的退火溫度,發(fā)現(xiàn)退火溫度增大薄膜磁性減弱,并且發(fā)光強(qiáng)度也隨之減弱。
【學(xué)位單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN304.21;O614.411
【部分圖文】：

導(dǎo)體材料（包括丨丨Ｉ－Ｖ、ＩＩ－ＶＩ和ＩＶ族）的居里溫度，并進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算１８１。其??預(yù)言了可能有居里溫度高于室溫的Ｍｎ摻雜半導(dǎo)體材料，比如ＧａＮ和ＺｎＯ可能??具有室溫下鐵磁性，如圖１－１所示這給研究者們提供了理論平臺(tái)，使他們看??１??

過渡族金屬氧化物中，兩個(gè)不同價(jià)態(tài)的過渡族離子以氧原子為交換作??用地中間媒介進(jìn)行交換相互作用該理論以被人們廣泛用來解釋猛氧化物的??磁性行為，如圖１－２。如圖所示，Ｍｎ３＋和Ｍｎ４＋間通過０２？離子為媒介進(jìn)行相互作??用，形成鐵磁性鍋合。兩個(gè)磁性離子通過電子交換作用，使稀磁半導(dǎo)體磁矩有序??形成宏觀鐵磁性，但是該理論屬于一種短程的相互作用。??２、超交換作用機(jī)制??超交換作用機(jī)制又稱為間接相互作用機(jī)制，是Ｋｒａｍｅｒｓ于１９３４年提出的。??該理論主要用于解釋反鐵磁和亞鐵磁中磁性離子的交換作用。該理論認(rèn)為這種交??換作用是通過非磁性離子為媒介來實(shí)現(xiàn)的。超交換作用和前面提到的雙交換作用??表面上看起來相似，不同的是超交換作用機(jī)制中時(shí)發(fā)生在兩個(gè)相同價(jià)態(tài)的原子之??間［４９］。以ＭｎＯ為例，其基態(tài)如圖．１－３?（ａ）所示，當(dāng)０２．的一個(gè)２ｐ電子躍遷到??：Ｍｎ２＋的３ｄ態(tài)后，系統(tǒng)就處于激發(fā)態(tài)如圖１－３?Ｃｂ）。此時(shí)，兩個(gè)Ｍｎ２＋的電子自旋??’通過激發(fā)態(tài)的？Ｏ２？產(chǎn)生相互的親合作用稱之為超交換作用。??０２．?＇ｃｒ?Ｍ?奸??ｄｉ?ＰＦ?ｈ?ｄ｜?Ｐ?Ｆ?ｈ??（ａ）基態(tài)?（ｂ》撒發(fā)態(tài)??圖１－３超交換作用示意圖??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒ－ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ??（２）?ＲＫＫＹ相互作用機(jī)制??ＲＫＫＹ理論最早提出于１９５４年，由Ｒｕｄｅｒｍａｎ和Ｋｉｔｔｅｌ提出，用以解釋稀??土元素及其合金的磁結(jié)構(gòu)

：前面所提到的理論模型都認(rèn)為，稀磁半導(dǎo)體的磁性來源于載流子調(diào)節(jié)鐵磁交??換，而束縛磁極化子模型ＢＭＰ卻認(rèn)為稀磁半導(dǎo)體中的鐵磁性機(jī)制為缺陷調(diào)節(jié)的??鐵磁交換。該理論是Ｃｏｅｙ等人與２００５年提出的，如圖１－６所示。與ＲＹＹＫ理??論和載流子調(diào)節(jié)的雙交換理論強(qiáng)調(diào)較高的載流子濃度不同的是，ＢＭＰ模型是針??對(duì)低載流子濃度體系的稀磁半導(dǎo)體。在ＢＭＰ模型中，半導(dǎo)體材料中很多的雜質(zhì)??能級(jí)（缺陷、施主、受主能級(jí)）都可以形成獨(dú)立的束縛極子。在一定范圍內(nèi)，這?‘??種由雜質(zhì)能級(jí)形成的束縛極子可以與磁性離子之間產(chǎn)生交換作用從而形成束縛??磁極子，也正是這種作用使得極化子半徑范圍內(nèi)的磁性離子自旋平行。當(dāng)孤立的??＜）??
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李梅,劉秀琳,徐紅燕,崔得良,任燕,孫海燕,陶緒堂,蔣民華;水和辛胺對(duì)ZnO多孔納米塊體孔道結(jié)構(gòu)的影響[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2005年16期

2 甘小燕;李效民;高相東;于偉東;諸葛福偉;;電化學(xué)沉積法制備納米多孔ZnO/曙紅復(fù)合薄膜[J];無機(jī)材料學(xué)報(bào);2009年01期

3 胡創(chuàng);李滬萍;羅康碧;王博一;;四針狀ZnO晶須制備及應(yīng)用的研究現(xiàn)狀[J];化工科技;2009年05期

4 林微;趙蓮花;;絡(luò)合劑對(duì)ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)及其光催化性能的影響[J];中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年05期

5 魏昂;李維維;熊莉;王釗;黃維;;溶液法制備p型ZnO的研究進(jìn)展[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);2012年03期

6 劉長友;王金芳;孫曉燕;王澤溫;介萬奇;;Zn基柱狀ZnO取向生長機(jī)制[J];無機(jī)材料學(xué)報(bào);2013年03期

7 王艷坤;張建民;蘭夢(mèng);;溫度對(duì)ZnO薄膜電沉積的影響[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2009年10期

8 王丹紅;趙小如;謝海燕;劉金銘;白曉軍;陳長樂;;ZnO緩沖層退火溫度對(duì)TiO_2∶Eu/ZnO薄膜光致發(fā)光性能的影響[J];材料導(dǎo)報(bào);2011年22期

9 徐玉東;張正勇;孔繼烈;李國棟;熊煥明;;聚甲基丙烯酰胺包覆的ZnO發(fā)光量子點(diǎn)及其在細(xì)胞成像中的應(yīng)用[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào);2013年07期

10 李抒智;周圣明;劉紅霞;杭寅;夏長泰;徐軍;顧書林;張榮;;高度c軸取向的ZnO膜的低溫水熱法制備[J];無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào);2006年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張永哲;摻雜ZnO光學(xué)性質(zhì)及染料敏化太陽能電池研究[D];蘭州大學(xué);2009年

2 李璠;硅基ZnO薄膜的生長及ZnO：H薄膜的特性研究[D];南昌大學(xué);2007年

3 毛啟楠;基于ZnO薄膜電阻存儲(chǔ)器的制備及性能研究[D];浙江大學(xué);2011年

4 張凌云;染料敏化太陽能電池ZnO陽極的修飾與光電性能的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

5 段理;ZnO薄膜的光電性質(zhì)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

6 楊義發(fā);脈沖激光沉積ZnO薄膜及其性質(zhì)研究[D];華中科技大學(xué);2008年

7 塞亞德;半導(dǎo)體ZnO新型納米結(jié)構(gòu)的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2008年

8 陳韜;ZnO薄膜的制備及其晶體管性能研究[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

9 蔣杰;ZnO基合金薄膜及ZnCdO/ZnO量子阱的結(jié)構(gòu)與光學(xué)性能研究[D];浙江大學(xué);2013年

10 馮夏;ZnO基半導(dǎo)體—金屬異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)[D];廈門大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 陳雪平;ZnO基薄膜阻變存儲(chǔ)器的可靠性研究[D];杭州電子科技大學(xué);2014年

2 李天翔;ZnO基復(fù)合電極染料敏化太陽能電池的制備[D];北京交通大學(xué);2012年

3 門英倩;基于溶液路線在Zn箔上生長ZnO、ZnS、ZnO/ZnS復(fù)合納/微米陣列及其發(fā)光性質(zhì)[D];東北師范大學(xué);2012年

4 占會(huì)云;電沉積ZnO納米陣列膜和ZnO/汞溴紅雜化膜及其光學(xué)和光電特性研究[D];華南理工大學(xué);2011年

5 賈迎飛;Zn緩沖層對(duì)ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性的影響[D];西北師范大學(xué);2011年

6 岳小玲;ZnO超細(xì)納米線的合成及其光電性能研究[D];河南大學(xué);2013年

7 孫繼偉;ZnO基薄膜的制備及其紫外光電導(dǎo)特性研究[D];電子科技大學(xué);2011年

8 張瑞捷;硅基ZnO系薄膜及其發(fā)光器件[D];浙江大學(xué);2010年

9 劉長珍;片狀ZnO單晶的制備及工業(yè)生產(chǎn)可行性論證[D];中國地質(zhì)大學(xué);2009年

10 韓麗麗;ZnO量子點(diǎn)的可見發(fā)光機(jī)制及巰基類有機(jī)物修飾研究[D];天津大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2856092