SiC基稀磁半導(dǎo)體納米材料的微結(jié)構(gòu)和磁性研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體同時(shí)利用電子的電荷與自旋屬性，使得人們對電子自旋器件產(chǎn)生了很大的興趣。稀磁半導(dǎo)體一般通過過渡金屬摻雜半導(dǎo)體中而得到。作為一種重要的稀磁半導(dǎo)體材料，SiC具有寬帶隙、高臨界擊穿電壓、高熱導(dǎo)率、高載流子飽和漂移速度等特點(diǎn)，并在高能、高頻、高溫電子器件上有相對成熟的發(fā)展以及應(yīng)用工藝，使其在稀磁半導(dǎo)體材料中具有潛在的應(yīng)用前景。人們已采用不同的方法制備出SiC基稀磁半導(dǎo)體材料。但是，這些不同的方法制備出的樣品所表現(xiàn)的鐵磁性呈現(xiàn)出廣泛的溫

2、度范圍，并且其鐵磁性的形成機(jī)制還不清楚。
　　 最近幾年，許多科研工作者熱衷于一維納米結(jié)構(gòu)材料及相關(guān)器件的研究。稀磁半導(dǎo)體納米線或者納米管易于制作自旋電子器件的材料。納米線可能避免位錯(cuò)和晶格匹配作用的影響，提供穩(wěn)定的熱力學(xué)特征和典型的單品結(jié)構(gòu)。一維鐵磁性納米線可能限制自旋的單軸旋轉(zhuǎn)，使其成為自旋電子器件潛在的候選材料。因此，研究稀磁半導(dǎo)體的磁性方面納米線比薄膜存在很多一些優(yōu)勢。目前，大部分對稀磁半導(dǎo)體SiC材料的研究主要集中在塊

3、材或者薄膜方面。很少有科研工作者對過渡金屬摻雜SiC納米線進(jìn)行制備、微結(jié)構(gòu)和磁性的研究。在本文中，我們的研究工作就是通過控制摻雜元素、摻雜量來制備出具有室溫鐵磁性的SiC納米線樣品。詳細(xì)研究工作簡單介紹如下：
　　 (1)采用溶膠-凝膠碳熱還原法制備未摻雜和Mn摻雜3C-SiC納米顆粒。利用掃描電子顯微鏡進(jìn)行形貌分析，其制備出的納米顆粒分別為60納米和100納米。通過超導(dǎo)量子干涉儀對Mn摻雜3C-SiC納米顆粒進(jìn)行磁性測試分析，

4、磁性測試表明其具有室溫鐵磁性和自旋玻璃性特征。
　　 (2)利用高純硅粉、高純二氧化硅、高純石墨粉和高純錳粉為原料，適當(dāng)?shù)膲簭?qiáng)、氣流量、溫度條件下，在高溫管式爐中制備出未摻雜與Mn摻雜SiC納米線，通過X射線衍射儀、激光拉曼光譜儀對其納米線進(jìn)行物相結(jié)構(gòu)的分析；利用掃描電子顯微鏡及其附件X射線能量色譜儀進(jìn)行形貌與元素化學(xué)成份的分析；通過高分辨透射電子顯微鏡來分析樣品的形貌、微結(jié)構(gòu)特征;采用超導(dǎo)量子干涉儀對其進(jìn)行磁性測試分析，測試結(jié)

5、果表明其制備出的納米線是3C-SiC。其納米線的直徑范圍在30-200納米，長度達(dá)到幾十微米。通過高分辨透射電子顯微鏡的高分辨圖譜和選區(qū)電子衍射花樣結(jié)合在一起表明納米線是沿著[111]方向生長，其品格條紋間距大約為0.254nm。磁性測試表明Mn摻雜SiC納米線具有室溫鐵磁性特征，關(guān)于磁性的來源我們認(rèn)為Mn的摻雜連同缺陷共同影響局域磁矩和聚集磁化。除此以外，由于納米線具有較高的表面積與體積比，其鐵磁性的產(chǎn)生也可能與存在的未補(bǔ)償自旋和表面

6、各向異性有關(guān)。
　　 (3)采用高純SiO、高純Co粉、高純碳納米管和高純石墨粉成功的制備出了不同含量的Co摻雜SiC樣品。通過對其樣品的物相結(jié)構(gòu)、形貌、元素化學(xué)成份和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試分析，測試結(jié)果表明所制備出的樣品是Co摻雜3C-SiC納米線。其納米線的直徑范圍在20-150納米，長度達(dá)到幾十微米。通過高分辨透射電子顯微鏡的高分辨圖譜和選區(qū)電子衍射花樣結(jié)合一起表明納米線是沿著方向生長，其晶格條紋間距大約為0.253nm。由于Co