ZnO基稀磁半导体的研究

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具有纤锌矿结构的ZnO材料是一种性能优良的半导体器件材料,它在室温下具有较大的禁带宽度和激子束缚能,是一种具有很大潜力和应用价值的紫外发射材料,多年来一直受到物理、化学、材料、和微电子等研究领域的重视。近年来,人们通过研究发现,在ZnO半导体材料中掺入3d磁性过渡族金属离子,利用载流子控制技术可使其成为具有新型功能的稀磁半导体材料。目前,ZnO稀磁半导体材料的研究在国际上已受到高度关注,而此项研究在国内则尚处于初始阶段,针对于目前大部分文献及报道集中在磁性研究这一现状,本论文系统研究了ZnO:Mn粉体的品格结构、磁学性能,对发展ZnO稀磁半导体材料及其应用具有重要意义。 本论文对ZnO基稀磁半导体的晶体结构、基本性质和主要应用进行了综述。同时,对ZnO基稀磁半导体材料的制备方法以及主要表征手段进行了介绍。 我们采用共沉淀方法制备了Zn1-xMnxO(x=0.02,0.06,0.10)粉体材料,并研究了不同的掺杂含量对样品的晶格常数、颗粒大小和磁性能的影响,得到了最佳的实验条件,为进一步制备ZnO掺Mn提供了可靠的实验依据。运用XRD,SEM,VSM等手段对Zn1-XMnxO粉体进行了研究。系统研究了掺杂浓度对材料结构和性能的影响。随着Mn含量的增加,晶格常数也随着增大,当Mn的浓度高达10%的时候未使ZnO改变其纤维锌矿结构。通过比较实验条件,发现在空气氛围中退火,容易造成Mn的氧化;只有在合适的温度合适的气氛条件下可以得到完美的ZnO晶格结构。为了在材料中产生更多的空穴,首次采用化学方法成功获得了掺N的单相纤维锌矿结构的Zn1-xMnxO粉体材料,并对此材料进行了物性研究。 本论文通过对ZnO:Mn粉体的分析研究,深入地探讨了掺杂浓度对ZnO:Mn稀磁半导体的晶格常数、颗粒大小、磁学性能的影响,为我们小组开展下一步研究奠定了基础;同时也为ZnO:Mn粉体材料在稀磁半导体方面的进一步研究和应用提供了实验依据。
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