ZnO基稀磁半導體的結構和磁性研究.pdf

1、本文采用溶膠-凝膠法在ZnO半導體中引入磁性過渡金屬元素Co，對樣品的結構和磁性進行了初步研究，試圖揭示出稀磁半導體中鐵磁性的起源。主要研究內容如下： 第一章介紹了稀磁半導體的研究概況和物理特性，簡要概述了稀磁半導體ZnO半導體的晶體結構、能隙、缺陷等基本性質，最后提出了本文的選題依據和主要工作。 第二章介紹了樣品結構的兩個表征方法：X射線衍射(XRD)和X射線吸收精細結構。并對磁性測量儀器振動樣品磁強計(VSM)的原理

2、做了簡要的說明。 第三章簡要介紹了稀磁半導體的制備方法。為對樣品制備工藝進行探索，分別用自燃燒法和溶膠-凝膠法制備了Zn1-xCoxO系列樣品。X射線衍射(XRD)結果分析表明兩種方法均能制備出XRD表征的單相結構的樣品，自燃燒法制備樣品的磁性離子溶解限遠高于溶膠-凝膠法制備的樣品，但溶膠-凝膠法制備樣品的晶粒尺寸要大于自燃燒法制備的樣品。振動樣品磁強計(VSM)磁性測量表明，自燃燒法制備樣品室溫下，不具有鐵磁性，而溶膠-凝膠法

3、制備的樣品呈現出室溫弱鐵磁性。最后，為研究Zn原子和Co原子的局域結構，本文采集了溶膠-凝膠法制備的樣品的Zn: K邊和Co:K邊X射線吸收精細結構(XAFS)譜。 第四章對Zn1-xCoxO系列樣品的X射線吸收精細結構數據進行了處理和數據擬合。X射線吸收近邊結構(XANES)和擴展X射線吸收精細結構(EXAFS)分析表明：(1)所有樣品均具有長程有序性；(2)隨Co離子濃度的增加，Zn原子的局域結構沒有明顯的變化；(3)樣品中

4、沒有Co金屬團簇及CoO雜相存在，但在所有摻雜樣品中均有Co3O4雜相形成，以濃度為0.05的樣品中Co3O4雜相含量最高；(4)隨著名義摻雜比的增加，實際摻入量也在增加，尤以濃度為0.07的樣品摻入量最高，達到0.062。 第五章首先分析了樣品的磁性質。得出如下結論：(1)溶膠-凝膠法制備的所有樣品均具有室溫弱鐵磁性，樣品的居里轉變溫(Tc)度高于室溫；(2)隨實際磁性離子摻入濃度的增加，較低摻雜比的三個樣品(x=0.01、0