Co掺杂ZnO纳米粉体材料的制备与研究

论文摘要

在科技不断进步和集成电路飞速发展的今天,各种各样的电子设备对半导体材料性能的要求不断提高。稀磁半导体材料具有磁光、磁电、磁输运等各种新颖的特性,使其在航空、航天等高科技领域中有着巨大的应用前景。高性能稀磁半导体材料的研究,日益成为科技界的热点。本文采用溶胶凝胶法制备了Co掺杂ZnO和Co、Cu共掺杂ZnO粉体材料,成功获得了室温铁磁性。通过XRD、SEM、VSM等表征手段对样品的结构、形貌以及磁学特性进行了表征。实验结果表明,Co的掺杂并未改变ZnO的纤锌矿型晶体结构,但是Co掺杂量的增大会降低样品的结晶质量；SEM测试表明,随着Co含量的增加,样品的颗粒度变大；VSM测试表明,随着Co含量的增加,样品的磁性变差。此外,Co、Cu共掺杂并未改变ZnO的纤锌矿型晶体结构,但是所制备样品的形貌有一定的变化,VSM测试表明样品显示顺磁性。结合样品磁性能测试结果以及Co和Cu的氧化物的铁磁性能的分析,认为观察到的Co掺杂ZnO的铁磁性是样品本身所具有的性质,而不是来源于样品中的第二相。对Co、Cu共掺杂ZnO粉体材料,在引入Cu离子的过程中产生了CuO, CuO是一种反铁磁性的物质,因此共掺杂的样品没有铁磁性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 稀磁半导体材料的研究历史与现状
• 1.2 ZnO的性能与结构
• 1.3 稀磁半导体的磁性来源
• 1.4 解释磁性的主要的几种理论
• 1.4.1 经典偶极子模型
• 1.4.2 氢分子交换模型和海森伯交换模型
• 1.4.3 直接交换模型
• 1.4.4 克喇末模型和安德森模型
• 1.4.5 RKKY模型
• 1.5 磁性的分类
• 1.5.1 抗磁性
• 1.5.2 顺磁性
• 1.5.3 铁磁性
• 1.5.4 反铁磁性
• 1.5.5 亚铁磁性
• 1.6 本论文的主要工作
• 第二章 稀磁半导体材料的制备方法与表征
• 2.1 ZnO半导体材料的典型制备方法
• 2.1.1 磁控溅射法
• 2.1.2 分子束外延法
• 2.1.3 离子注入法
• 2.1.4 溶胶-凝胶法
• 2.1.5 脉冲激光沉积法
• 2.1.6 固相反应法
• 2.2 样品的分析手段与原理
• 2.2.1 XRD射线衍射
• 2.2.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.2.3 VSM测试分析
• 2.3 溶胶凝胶法制备试验样品
• 2.4 本章小结
• 第三章 Co掺杂ZnO纳米粉体材料的实验研究与结果分析
• 3.1 实验工艺的设计
• 3.1.1 实验中用到的试剂和设备
• 3.1.2 实验样品的制备
• 3.2 实验结果与分析
• 3.2.1 XRD图谱分析
• 3.2.2 样品的形貌分析
• 3.2.3 样品的磁性分析
• 3.2.4 磁性解释
• 3.3 本章小结
• 第四章 Co、Cu共掺杂纳米粉体研究与结果分析
• 4.1 实验工艺的设计
• 4.1.1 实验中用到的试剂和设备
• 4.1.2 实验样品的制备
• 4.2 实验结果分析
• 4.2.1 样品的XRD图谱分析
• 4.2.2 样品的形貌分析
• 4.2.3 样品的磁性分析
• 4.2.4 磁性解释
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 问题与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢