mn掺杂zno稀磁半导体的制备与表征

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1、摘要稀磁半导体(DilutedMa四eticSemiconductor-DMS)材料一般是指在化合物半导体中，由磁性过度金属离子部分地替代非磁性阳离子所形成的一类新型半导体材料。这种材料同时具有电子的电荷属性和自旋属性，具有优异的磁、磁光、磁电性能，在高密度非易失性存储器，半导体集成电路，量子计算机等众多领域有广阔的应用前景。近几年来，相关理论预言ZnO基稀磁半导体材料的居里温度可达室温以上，使之成为研究的热点之一。本文采用湿化学法制备了Mn掺杂压10基稀磁半导体纳米材料。在课题中，首先对制备一维盈Lo纳米结

2、构进行了尝试，之后采用两套溶液法实验方案以实现过渡金属Mn离子的掺杂，并通过退火提高其磁性。研究中我们发现，不同的实验参数对于所制各样品的形貌、饱和磁化强度及磁性的产生机制有很大的影响。通过尝试，我们发现反应温度在83℃时可以使Mn有效的替代ZnO晶体点阵中的zn，并实现室温铁磁性。溶液的碱性强弱对样品的形貌影响比较大，以六次甲基四氨为反应物时，样品呈棒状结构；而反应物为四甲基氢氧化铵时，样品为颗粒状。磁性方面，制各态的样品中，随着Mn掺杂量的提高，顺磁信号增强，铁磁信号无明显变化，我们认为室温铁磁性来源于晶

3、格中的Mn离子，这些Mn离子替代了2r皿离子的位置，相互之间存在耦合而呈现出铁磁性。退火特别是900℃退火后，室温铁磁性显著增强，可达到0．4emu／g。通过电镜，XPS等多种手段的表征，我们将其归结为ZQx]订-n3-x04这个第二相的影响。在以往的文献资料中，均认为7．nzlV‰04不会产生室温铁磁性(砒：M)，而我们本课题的结果分析与之相反。为了验证这一结论，我们尝试制备出了ZnxM-n3-x04。反应浓度Me．办为6．-4的样品，室温下饱和磁化强度就达到0．3emu／g。因此，我们有理由认为，这种较强

4、的RFM是由Z,n施3．x04所产生的。这里对RFM的产生机制也不能RKI【1『理论或者双交换耦合来解释。关键词：稀磁半导体；溶液法；Mn掺杂压10；室温铁磁性；踟拍3—04AbstractInDilutedMagneticSemiconductor,nonmagnetichostionsarcpartiallysubstitutedbylransitionmctals㈣．ThiskindofmamialsexploitsboththespinandthechargeoftheCluTierfl．Bec煅of

5、thecombinationofthetwodegreesoffi'cedom,DMSshaveattracts!muchinterestowingtotheirpromisingapplicationinspin-valveIramistors，nonvolatilememory，蜊generationofquantumeomtmt朗andSO011．R烈翻吐theorctiealcalculationsbyDietleta1．suggestedthatTMO‰)-doped7．nOwouldshowfer

6、romagneticbehaviorwithaTcvalueaboveT001111temp谢l珊．$iaeethenZalObasedDMSshavestimulatedconside劬lorese缸cheffort．We巧nlh捌M_n-dopedZnOusiagawetchemicalmethod．Firstly,Weattempt爿lto皿唧one-dimcnsJonal盈10nanorods．ThenwedesigtlcdtwoexpcrtmentalplanstoachieveMr-doped瑚n

7、ano蝴witha"reaboveroomtemperature．Furthermore，them艇乒缸couldbeenhanceda】fIerannealing．AsforOUrstudy,themorphologyofthesample咖intlueneedbythebasieityofsolution．呦changedI-IMTto(CH3)4NOIq,thenanorodsdisal聊搬耐andsubstitutedbymmopartielestmderTEM．mreactivetemperatur

8、eaffecteditsmagnetismintensively．Theprocesswasonlyimplem眦xlat8312，thesamplewouldshowfm-onuign甜ebehaviorabovel"OOmtemperaltlre．Tile耐ginoftlaeferromagnetismoftheas-preparedsamplecanbeatlributedtothesubst