论文题目: ZnO基稀磁半导体的制备与性质研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 无机化学
作者: 车平
导师: 孟健
关键词: 基稀磁半导体,发光,磁性,磁阻,层状柠檬酸锌
文献来源: 中国科学院研究生院（长春应用化学研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 本论文利用溶胶-凝胶法和水热法制备了不同离子(Eu3+,Sm3+,Mn2+,Fe3+,Co2+,Ni2+)作为磁性杂质的ZnO 基稀磁半导体,并系统地研究了材料的薄膜、粉末和纳米结构的结晶特性、结构形态和光、电、磁性质。溶胶-凝胶法制备的薄膜的晶体为c 轴取向生长的六方纤维锌矿结构。薄膜的取向生长受烧结气氛、烧结温度和掺杂离子浓度的影响,其中烧结气氛是影响薄膜取向生长的最直接、最显著因素。随着烧结气氛中氧含量的减小,薄膜的沿c 轴生长的趋势加强。此外,烧结温度的提高也增强薄膜沿c 轴生长的趋势,但掺杂离子浓度的增加却抑制薄膜的c 轴取向生长特性。通过薄膜表面形态的研究发现,在空气中烧结的薄膜由立方晶粒构成,而在真空中烧结的样品则由不规则的片状晶粒组成。组成薄膜的多晶颗粒粒径小于100nm,15 层薄膜的膜厚为357～366nm。掺杂离子在薄膜中均匀分布,成膜过程不改变掺杂离子(Eu3+,Sm3+,Mn2+,Fe3+,Co2+,Ni2+)和基质离子(Zn2+和O2-)的价态。不同Eu3+掺杂浓度的ZnO 薄膜样品的吸收光谱的吸收边出现在363nm 和368nm 之间,对应半导体材料的禁带宽度Eg=3.42～3.40ev。由于Eu3+改变了薄膜的表面性质,Zn1-xEuxO (0.005≤x≤0.15)薄膜在可见光区出现了一系列干涉带。Zn1-xTMxO 薄膜的吸收光谱的吸收边位置出现在356nm-369nm,对应半导体的禁带宽度为3.34-3.46eV,在可见光区发现了Co2+的电子的d-d 跃迁引起的吸收带。随着掺杂浓度的增加,薄膜的透光率逐渐减小。Zn1-xCoxO 薄膜在近紫外与可见光区的透光率都在60%以上,Zn1-xEuxO 薄膜的透光率则高达90%。在Zn1-xEuxO 薄膜的激发发射光谱中,以613nm 作为监控波长,激发光谱除了检测到Eu3+的7F→5D 能级的吸收跃迁外,还检测到最大值位于378nm 附近的
论文目录:
第一章 文献综述及课题设计
1.1 磁性基础知识
1.1.1 物质的磁性
1.1.2 掺杂用过渡金属、稀土金属及部分化合物的磁性
1.2 稀磁半导体(DMSs)的研究进展
1.3 ZnO 基DMSs 的研究进展
1.3.1 ZnO 基DMSs 的理论计算
1.3.2 ZnO 基DMSs 的实验研究进展
1.3.3 DMSs 的理论解释
1.4 ZnO 基DMSs 薄膜的输运性质
1.5 ZnO 薄膜的光学性质
1.6 ZnO 基纳米材料的性质
1.7 ZnO 薄膜的制备
1.8 其它稀磁半导体材料
1.9 选题依据
参考文献
第二章 实验部分
2.1 主要化学试剂
2.2 主要仪器
2.3 样品制备
2.4 样品的表征
第三章 Zn_(1-x)Eu_xO 薄膜的制备、发光及磁性
3.1 引言
3.2 试验
3.3 结果与讨论
3.3.1 干凝胶的热分析
3.3.2 烧结温度的影响
3.3.3 烧结气氛对薄膜结晶取向的影响
3.3.4 烧结气氛对薄膜形貌的影响
3.3.5 Zn_(1-x)Eu_xO 薄膜XRD 表征
3.3.6 Zn_0.9Eu_0.1O 薄膜的表面形态
3.3.7 Zn_0.9Eu_0.1O 薄膜XPS表征
3.3.8 Zn_(1-x)Eu_xO 薄膜的光学性质
3.3.9 Zn_(1-x)Eu_xO 薄膜的磁性
3.3.10 Zn_0.9Eu_0.1O 薄膜的输运性质
3.4 本章小结
参考文献
第四章 ZnO:TM(TM=Co,Ni,Fe,Mn)DMSs的制备与磁性
4.1 引言
4.2 ZnO:TM (TM=Co,Ni,Fe,Mn) DMSs 的制备和表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 ZnO:TM 薄膜的表面形态
4.3.2 ZnO:TM(TM=Co,Ni,Fe,Mn)薄膜的XRD 分析
4.3.3 ZnO:TM(TM=Co,Ni,Fe,Mn)薄膜的UV-vis 光谱
4.3.4 ZnO:TM 薄膜的图案化
4.3.5 ZnO:TM 薄膜的XPS 分析
4.3.6 ZnO:TM 薄膜的磁电阻
4.3.7 ZnO:TM(TM=Co,Ni,Fe,Mn)薄膜的磁性
4.4 ZnO:TM(TM=Co,Ni,Fe,Cr,Mn)粉末的制备与表征
4.4.1 热分析
4.4.2 XRD 分析
4.4.3 漫反射光谱
4.4.4 磁性
4.5 本章小结
参考文献
第五章 Sol-gel 模板组装ZnO 基DMSs 及其磁性
5.1 引言
5.2 实验
5.3 结果与讨论
5.3.1 MCM-41 及其组装材料的XRD 分析
5.3.2 表面分析与孔径分布
5.3.3 MCM-41:Zn_0.9Co_0.1O 组装材料的TEM 分析
5.3.4 MCM-41:Zn_0.9Co_0.1O 组装材料的磁性
5.3.5 Mn,Fe,Ni 掺杂的ZnO-MCM-41 组装体系的顺磁性
5.3.6 AAO 组装体系
5.3.7 AAO 组装体系的磁性
5.4 本章小结
参考文献
第六章 ZnO:M (M=Eu,Sm,Co) 纳米晶及层状柠檬酸锌的水热合成与表征
6.1 前言
6.2 Zn_(1-x)Co_xO纳米粒子的合成与表征
6.2.1 合成条件讨论
6.2.2 样品的XRD 表征
6.2.3 样品的TEM 表征
6.2.4 样品的粒度分析
6.2.5 水热合成Zn_0.98Co_0.02O纳米粒子的磁性
6.3 Zn_(1-x)RE_xO (RE=Eu, Sm) 纳米粒子的合成与表征
6.3.1 合成条件讨论
6.3.2 样品的元素分析
6.3.3 样品的XRD 分析
6.3.4 ZnO:RE(RE=Eu,Sm)纳米晶的TEM 分析
6.3.5 ZnO:RE(RE=Eu,Sm)纳米晶的磁性
6.4 层状柠檬酸锌的合成与结构表征
6.4.1 化合物C_12H_14O_16Zn_3 的合成
6.4.2 晶体结构测定和晶体学数据
6.4.3 结构描述
6.4.4 红外光谱
6.4.5 热分析
6.4.6 XRD分析
6.5 本章小结
参考文献
结论
攻读博士学位期间发表的论文目录
致谢
发布时间: 2006-03-21
参考文献
- [1].氧化锌基稀磁半导体的第一性原理研究[D]. 陈逸飞.天津大学2012
- [2].碱金属元素Li掺杂对SnTMO2（TM=Fe,Ni,Mn,Cr,Co）结构与磁性的影响[D]. 习建国.中国地质大学(北京)2015
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- [3].ZnO半导体光电材料的制备及其性能的研究[D]. 吕建国.浙江大学2005
- [4].Fe基宽带隙Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体及FeSe异质结构的生长及特性研究[D]. 冯秋菊.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）2006
- [5].ZnO基稀磁半导体单晶薄膜的分子束外延生长以及性能研究[D]. 曹强.山东大学2008