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水热合成ZnO稀磁半导体的研究
中文名称: 水热合成ZnO稀磁半导体的研究
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论文编号: 3805948收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Preparation of ZnO Diluted Magnetic Semiconductors by Hydrothermal Method
学位类型: 硕士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 材料物理与化学
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 稀磁半导体 ZnO 水热合成 磁性能 晶体 离子 半导体集成电路
简介目录: 点击此处 免费索取本论文简介和目录>>
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论文简介:稀磁半导体(DilutedMagneticSemiconductors-DMSs)材料同时具有电子的电荷属性和自旋属性,是自旋电子学的基础,具有优异的磁、磁光、磁电性能,使其在高密度非易失性存储器、磁感应器、半导体集成电路、半导体激光器和自旋量子计算机等领域有广阔的应用前景。 实验以ZnO作为基体,采用水热法分别进行了Ni2+、Cr3+、Co2+和Mn2+的掺杂,制备ZnO基稀磁半导体粉体。讨论了前驱物制备方法、搅拌时间、反应温度、反应时间、矿化剂种类和浓度、掺杂含量等工艺因素对粉体制备的影响。通过XRD表征粉体的晶相,对样品进行扫描电子显微镜分析,观察粉末的显微结构;通过紫外吸收测试掺杂离子的吸收峰,并且通过计算出的禁带宽度,可以检测掺杂对ZnO电性能的影响;磁滞回线测试ZnO基稀磁半导体材料的磁滞回线,分析材料的磁性能;通过EDS能谱测试分析掺杂的实际含量对于Ni2+掺杂ZnO,NaOH作为矿化剂比KOH更合适掺杂的进行;高浓度的矿化剂浓度下,有利于形成纯净的晶体,3mol/L为宜;但矿化剂浓度不宜过高,当浓度为5mol/L时,出现了Ni(OH)2杂质相。讨论了不同掺杂含量对制备样品的影响,当x=0.05和0.1时,得到了纯净的晶相;当掺杂含量依次为x=0,0.05,0.1,0.2时,禁带宽度先降低后升高,分别为3.20eV,3.19eV,3.15eV,3.17eV。分别采用沉淀法和Sol-gel法制备前驱物,沉淀法所制备前驱物,经水热合成的粉体较为理想,可以得到纯净的Zn0.95Ni0.05O样品,XRD和UV-Vis证实Ni2+取代了Zn2+,晶体具有铁磁性,实际的掺杂含量为3.20%(Atomic%)。 对于Cr3+离子掺杂ZnO,NaOH做矿化剂比KOH更有利于离子的掺杂;升高反应温度有利于掺杂的进行,在240℃为宜;反应时间为24h、搅拌时间7~8h有利于合成颗粒小的晶粒;而当掺杂含量增大时,会出现杂质相,说明ZnO对Cr离子的固溶是有限的;矿化剂是3mol/L的NaOH,填充率为75%,Cr的掺杂量不高于0.15mol比时可得到的性能较好的稀磁半导体,XRD测试表明随着Cr离子的掺杂量有限,当x≤0.15时,掺杂进入到ZnO的晶格之内,并且所制备的晶体发育比较完整。从FE-SEM可以观察出,掺杂量x≥0.2时,晶体的形貌从短柱状转变为长柱状。由磁滞回线表明,晶体呈现顺磁性。 对于Co2+掺杂ZnO,在200℃和240℃的条件下,可以合成比较纯净的Zn0.95Co0.05O和Zn0.9Co0.1O晶相;UV-Vis测试发现在570nm,610nmand655nm处分别出现了Co离子的吸收峰,说明Co离子掺杂进入到ZnO的晶格内;在室温下,晶体呈现顺磁性。 对于Mn2+掺杂ZnO,矿化剂浓度影响产物的浓度,以3mol/L的NaOH作为矿化剂,合成出了比较纯净的Zn0.95Mn0.05O和Zn0.9Mn0.1O晶相;以5mol/L的NaOH作为矿化剂,可以合成Zn0.85Mn0.15O晶体。室温下,Zn0.9Mn0.1O和Zn0.85Mn0.15O晶体呈现铁磁性。
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