溶膠—凝膠法制備Fe摻雜ZnO基稀磁半導體.pdf

1、稀磁半導體是指磁性過渡族金屬離子或稀土金屬離子等部分地無序替代半導體材料中的非磁性陽離子所形成的一類新的半導體材料.它能夠同時利用電子的電荷和自旋這兩個自由度而有望得以應用在新型的電子信息材料器件之中,因此倍受人們的關注.本文采用溶膠.凝膠手段制備Fe摻雜ZnO基稀磁半導體粉末,在大量工藝探索的基礎上,結合樣品的結構分析,化合狀態,光學特性及磁性行為,對樣品的室溫磁性狀態及來源進行了初步的探討和分析. 首先,探索出具有單一纖鋅礦

2、相和室溫鐵磁性的Fe摻雜ZnO基稀磁半導體粉末樣品的制備工藝.實驗表明,抗壞血酸在樣品制備過程中起著關鍵的作用,它能夠有效地保護Fe<'2+>離子在空氣環境中進入ZnO晶格完成無序取代而不被氧化,使樣品保持單一的ZnO纖鋅礦結構.摻雜元素Fe能夠比較均勻的分布在ZnO晶格之中,與理想的無序取代趨于一致,主要以二價形式存在,并且晶胞體積隨著Fe摻雜濃度的提高而增大.Fe摻雜ZnO粉末樣品的激子帶邊發光特性較純ZnO出現紅移特性,同時強度隨

3、著摻雜濃度增大而減弱.所有摻雜粉末樣品都呈現出顯著的鐵磁特性,并且隨著Fe摻雜量的提高,粉末樣品的飽和磁化強度也隨之不斷增大,這可能是由于樣品中鐵磁性在與反鐵磁性的競爭中逐漸隨之占據優勢所引起的. 其次,分別對由n型摻雜物In和p型摻雜物Na與Fe共摻雜的ZnO粉末樣品的結構、光學和磁學特性進行了實驗研究.結果表明,In或Na與Fe共摻雜的摻雜ZnO基稀磁半導體粉末都保持了原有單一的纖鋅礦六角結構相,并且晶胞參數也隨著摻雜濃度的