NiSn共掺In2O3薄膜和纳米颗粒的电磁性能研究

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稀磁半导体是指将磁性离子注入到非磁性半导体中,使其成为磁性半导体,从而具有电荷和自旋两种自由度,为了实现自旋极化载流子的高效注入以及3d金属和载流子浓度的独立调控,同时避免空位调控导致的精确性、时效性等问题,本论文用溶胶-凝胶法制备了Ni、Sn复合掺杂In2O3基稀磁半导体,并研究了其结构和电磁性能。研究表明,(In0.9-xNixSn0.1)2O3-δ薄膜(x=0.1、0.13、0.15)为立方相In2O3结构,晶格常数小于标准In2O3,400、450、500、550℃退火的样品均具有室温铁磁性,其中500℃退火样品具有最大的饱和磁化强度。随着Ni掺杂量增加,(In0.9-xNixSn0.1)2O3-δ薄膜样品磁矩并不是单调增加,在x=0.13时,样品具有最大的饱和磁矩。研究了(In0.9-xNi0.1Snx)2O3-δ粉末当x=0、0.01、0.03、0.05、0.10时的结构与电磁性能。所有粉末样品均为立方相In2O3结构,晶格常数小于标准In2O3,随着Sn掺量增加,样品的载流子浓度逐渐升高,磁性能逐渐减弱,在x=0.05时,样品由铁磁转变为顺磁。(In0.8Ni0.1Sn0.1)2O3-δ电性能最好,(In0.89Ni0.1Sn0.01)2O3-δ具有最强的磁性能,电性能差的样品具有较强的铁磁性。不同于载流子为媒介的交换机制,我们发现BMP理论更适合粉末样品磁性来源的解释。通过对温度-电阻率关系的拟合,探索了(In0.9-xNi0.1Snx)2O3-δ样品的导电机制,研究表明样品的电子运输在整个温度范围内并不单一的遵循三种跃迁机制,只是在较高温度范围内属于Mott变程跃迁,样品的导电是在多种机制共同作用下完成的。研究表明,Ni、Sn掺量均为10%的薄膜和粉末样品磁性能有较大差异。其中薄膜样品是铁磁性的,而粉末样品为顺磁。表明铁磁性并不仅仅是通过磁性离子掺杂引起的,由于薄膜在生长过程中会产生很多缺陷,这些缺陷是导致薄膜样品比同样掺量的粉末样品磁性能强的主要原因。
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