溶胶-凝胶法制备Co掺杂ZnO稀磁半导体的结构研究-吉林师范大学美术.doc

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1、溶胶-凝胶法制备Co掺杂ZnO稀磁半导体的结构研究赵维佳吉林师范大学物理学院2006级3班0608302指导教师：刘惠莲(副教授)摘要：稀磁半导体(DMSs)集电子的电荷和自旋于一体,使之具有了半导体的电荷输运特性和磁性材料的信息存储特性,是一种新型的功能材料。本实验采用溶胶—凝胶法制备了钴掺杂氧化锌稀磁半导体Zn1-xCoxO，利用X射线衍射仪（XRD），拉曼（Raman）、X射线光电子能谱仪(XPS)，X射线吸收精细结构(XAFS)研究样品结构性质。结果表明：利用溶胶凝胶法制备Zn1-xCoxO样品，700℃为其最佳的烧结温度。所有样品为六角纤锌矿结构，并能形成稳定复合晶体

2、。关键词：稀磁半导体；ZnO；结构StructureofCodopedZnOdiluedmagneticsemiconductorsbysol-gelmethodZhaoWeijia，JilinNormalUniversity,CollegeofPhysics,Class3Grade2006，0608302Instructor:LiuHuilian(AssociateProfessor)Abstract:Dilutedmagneticsemiconductor(DMSs)setofelectronicchargeandspininone,sothatithasachargetr

3、ansportpropertiesofsemiconductorandmagneticpropertiesofinformationstorage,anditisanewfunctionalmaterials.Inthisexperiment,sol-gelcobaltdopedZnOdilutedmagneticsemiconductorZn1-xCoxO,X-raydiffraction(XRD),Raman(Raman),X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS),X-rayabsorptionfinestructure(XAFS)takesa

4、dvantageofstudyingstructuralpropertiesofthesample.Theresultsshowedthat:Thesol-gelZn1-xCoxOsamples,700℃forthebestsinteringtemperature.Allsamplesarehexagonalstructure,andcanformastablecomplexcrystals.Keywords:dilutedmagneticsemiconductor;ZnO;structure1引言11稀磁半导体(DilutedMagneicSemiconductors,简写为

5、DMSs)是一种新型的功能材料，它是指磁性过渡金属或稀土金属离子部分取代化合物半导体（通常为AB型）的阳离子，从而能形成同时利用电子的电荷属性和自旋属性进行信息处理和存储的具有磁性材料和半导体材料双重特性的三元或四元化合物。由于微量磁性原子的引入，使得磁性离子局域磁距与能带电子自旋之间形成强烈的交换作用，从而改变原有半导体材料的微观机制，使稀磁半导体在磁学、电学、光学等方面具有极其独特的性质。由于磁性元素的掺入，稀磁半导体具有了一些奇异的性质。稀磁半导体是目前国际上研究的热门课题，研究最为广泛的是过渡族金属掺杂的ZnO所制成的DMS。理论和实验上已经取得了可喜的结果。ZnO晶体

6、为六角纤锌矿结构，适于高质量的定向外延薄膜的生长，因此是一种兼有半导性、压电性、热电性、光导电性和荧光型多种功能的薄膜材料。其晶格常数为a=0.325nm，c=0.521nm，其室温下禁带宽度为3.37eV，是典型的宽带隙直接禁带半导体材料。属于六角晶系6mm点群，空间群为P63mc，空间对称性是C46v，熔点是1975℃，电子迁移率为200cm2v-1s-1，激子束缚能为60meV，激子增益可达300cm-1，很容易实现掺杂，且杂质浓度可以很高；掺杂后，阴阳离子之间的强相互作用是导致新物理现象出现的根源。Zn1-xCoxO材料是一种重要的稀磁半导体材料，由于其可能实现室温下的

7、铁磁性而受到人们的广泛关注。就目前而言，大多数研究是集中在采用各种技术合成Zn1-xCoxO薄膜[1-4]上，包括化学气相沉积(CVD)、分子束外延(MBE)、磁控溅射、分子外延低温生长、离子注入、脉冲激光沉积、溶胶-凝胶(So1-Ge1)等方法。由于溶胶—凝胶法具有合成温度低、化学剂量比准确、工艺简单、成本低且易于实现精确掺杂等优点；同时，大量的研究结果表明，材料的结构和性能在很大程度上依赖于材料的制备工艺，如反应物浓度、掺杂配比、衬底类型、环境温度、反应气氛。因此采用溶胶研究了不同烧结温