Co摻雜ZnO納米晶體的制備及物性研究.pdf

1、稀磁半導體材料，由于其在自旋電子器件上的潛在應用價值，在最近幾年里引起了人們廣泛的興趣。為了能實際應用，必須要獲得居里溫度在室溫以上的鐵磁性稀磁半導體。因為ZnO是寬禁帶半導體（帶寬為3.3ev），有著很高的激子束縛能（60mev），很有希望作為下一代的用光學性質或者電學性質來控制磁學性質的自旋電子器件材料。然而，關于過渡金屬（Fe、Co、Ni）摻雜ZnO的磁半導體，其磁性的機理仍存在著大量有爭議。有人認為ZnO基稀磁半導體是反鐵磁性的

2、，也有人認為它是順磁性的，還有人認為它是鐵磁性。
　　本論文針對ZnO基稀磁半導體磁性上的爭議，先對Zn1-xCoxO進行了制備上的探索，然后利用多種表征手段對樣品的物理性質進行了研究，最后在實驗現(xiàn)象的基礎上提出了一個關于Zn1-xCoxO磁性機理的物理模型。
　　由于目前已報道的大多數(shù)ZnO摻磁性過渡金屬的樣品都是薄膜，而薄膜的質量很小，磁性很弱，很難探測，再加薄膜一般是長在反鐵磁襯底上的，分析磁性時需要將襯底的背底扣除，

3、而襯底的信號一般比薄膜大很多，所以最后得到的結果誤差會比較大。為了解決這個問題，我們采用水熱法合成樣品Zn1-xCoxO。這是因為水熱法能夠直接合成樣品而不需要用襯底，從而解決了扣除背底引發(fā)的問題。在制備過程中我們嘗試了各種制備條件，最終成功的合成了出了單相的Zn1-xCoxO納米晶體。
　　為了對樣品的結構及微觀性質進行了研究，我們采用了多種表征手段。XRD測試結果表明，樣品Zn1-xCoxO（x≤0.1）是典型的ZnO結構；X

4、PS分析表明了樣品中的Co離子是正二價的；傅立葉紅外光譜證實了Co離子進入了ZnO的晶格并影響了分子的振動；拉曼光譜檢測到了Zn1-xCoxO的Co離子周圍的施主缺陷的局域振動模；掃描電鏡顯示Zn1-xCoxO是一種50nm左右的塊狀納米顆粒，掃描電鏡附帶的X射線能譜分析表明Zn1-xCoxO納米晶體中只含有Zn，Co，O三種元素；高分辨透射電鏡對Zn1-xCoxO納米晶體的表面晶格結構進行了成像，未觀察到不同結構的團簇出現(xiàn)。