Fe、Ni掺杂ZnO基稀磁半导体的研究

论文摘要

本文采用水热法,以3mol/L KOH作为矿化剂,填充度为35%,温度为430℃,在前驱物（Zn（OH）2或ZnO）中分别添加一定量的NiCl2·6H2O, FeSO4·7H2O等,反应24小时合成掺杂Fe或Ni的ZnO晶体。实验发现,Fe, Ni掺杂ZnO晶体呈锥状,晶体极性生长特征明显。反应溶液中添加Sn, Al, In离子后,ZnO晶体的+c轴极性生长速度得到有效的控制,合成的晶体大面积显露正负极面,结晶质量明显提高,晶体表面光滑,结构完整。采用SQUID进行磁性测量,发现ZnxFe1-xO晶体同时具有顺磁性和室温铁磁性。Fe、Sn共掺杂ZnO晶体显示顺磁性和较弱的室温铁磁性；Fe、In共掺杂ZnO晶体具有较弱的铁磁性,300K时还显露出一定的抗磁特征；Fe、Al、In共掺杂ZnO晶体在室温300K时有非常弱的铁磁性,显露出一定的抗磁特征；Ni掺杂ZnO晶体5K时具有顺磁性和较弱的铁磁性,300K时出现了一定的抗磁性；Ni、Al、In共掺杂ZnO晶体,300K时不仅显露弱铁磁性,还显露出抗磁特征。通过EDS, XRD, SEM分析Fe, Ni掺杂ZnO晶体中的杂相,发现Fe掺杂ZnO体系中,除了有ZnxFe1-xO存在外,还有尖晶石结构的ZnFe2O4存在。Ni掺杂ZnO体系中,除了有ZnxNi1-xO存在外,还有NiO出现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 磁学概况
• 1.3 材料磁性的来源
• 1.4 材料磁性分类
• 1.4.1 抗磁性
• 1.4.2 顺磁性
• 1.4.3 反铁磁性和亚铁磁性
• 1.4.4 铁磁性
• 1.5 稀磁半导体的定义
• 1.6 稀磁半导体的研究历史
• 1.7 稀磁半导体的应用
• 1.7.1 自旋阀
• 1.7.2 自旋场效应晶体管
• 1.8 ZnO基稀磁半导体的研究现状
• 1.8.1 Fe掺杂ZnO体系
• 1.8.2 Ni掺杂ZnO体系
• 1.9 ZnO基稀磁半导体的磁性起源
• 第2章 实验方法与设备
• 2.1 水热法
• 2.2 生长设备
• 2.3 材料表征
• 第3章 实验与分析
• 3.1 实验
• XFe_1-XO晶体的制备、表征和磁性的研究'>3.2 Zn_XFe_1-XO晶体的制备、表征和磁性的研究
• 3.2.1 晶体形貌
• 3.2.2 晶体的磁性
• XFe_1-XO晶体'>3.2.3 高掺杂浓度下制备的Zn_XFe_1-XO晶体
• 3.2.4 小结
• 3.3 Fe、Sn共掺杂ZnO晶体的制备、表征和磁性的研究
• 3.3.1 晶体形貌
• 3.3.2 晶体的磁性
• 3.3.3 小结
• 3.4 Fe、In共掺杂ZnO晶体的制备、表征和磁性的研究
• 3.4.1 晶体的形貌
• 3.4.2 晶体的磁性
• 3.4.3 小结
• 3.5 Fe、Al、In共掺杂ZnO晶体的制备、表征和磁性的研究
• 3.5.1 晶体的形貌
• 3.5.2 晶体的磁性
• 3.5.3 小结
• 3.6 水热法合成Fe掺杂ZnO晶体的杂相分析
• XNi_1-XO晶体的制备、表征和磁性的研究'>3.7 Zn_XNi_1-XO晶体的制备、表征和磁性的研究
• 3.7.1 晶体形貌
• 3.7.2 晶体的磁性
• 3.7.3 小结
• 3.8 Ni、Al、In共掺杂ZnO晶体的制备、表征和磁性的研究
• 3.8.1 晶体形貌
• 3.8.2 晶体的磁性
• 3.8.3 小结
• 3.9 水热法合成Ni掺杂ZnO晶体的杂相分析
• 第4章 结论与展望
• 参考文献
• 硕士研究生在读期间发表论文
• 致谢