ni掺杂zno基稀磁半导体的结构和磁性研究

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1、Ni掺杂ZnO基稀磁半导体的结构和磁性研究魏晨燕2016年1月中图分类号：UDC分类号：Ni掺杂ZnO基稀磁半导体的结构和磁性研究作者姓名魏晨燕学院名称化学学院指导教师刘天府副教授答辩委员会主席杨国昱教授申请学位级别理学硕士学科专业化学学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月StructuresandMagneticPropertiesofNiDopedZnO-basedDilutedMagneticSemiconductorsCandidateName：WeiChenyanSchoolorDepartment:ChemistryFacultyMentor

2、：A.P.TianfuLiuChair,ThesisCommittee：Prof.GuoyuYangDegreeApplied:MasterofChemistryMajor：ChemistryDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:Jan.，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料

3、。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要最近几年ZnO基稀磁半导体由于具有较宽的能带和较大的激子束缚能得到了广泛的关注，过渡金属掺杂ZnO基稀磁半导体的制备和性能研究对于电子自旋器件意义重大。本文利用共沉淀法制备出纯ZnO基稀磁半导体、金属Ni掺杂ZnO基稀磁半导体材料，并采用X射线衍射仪、扫描电镜、X射线光电子能谱、磁性测量系统等表征方法研究样品的结构和磁学性能。本文分为三部分内容：首先介绍了稀磁半导体的背景及稀磁半导体和ZnO基稀磁半导体的研究进展，并介绍了稀磁

4、半导体的磁学研究方法。随后介绍了利用共沉淀法经在空气气氛中热处理制备纯ZnO稀磁半导体、Zn1-xNixO稀磁半导体，当掺杂含量小于5%时样品单相均一，经表征发现在均相2+样品中Ni以Ni均匀掺杂进入ZnO晶格并代替Zn的位置。所有样品在室温下均具有铁磁性，随着金属Ni掺杂含量的增加饱和磁化强度先减小后增加随后又减小，Zn1-xNixO(x=5%)样品在室温下具有最大饱和磁化强度Ms=0.51emu/g，我2+2+们推测磁性与ZnO本征氧缺陷、Ni-Ni之间超顺磁交换和NiO之间反铁磁相互作用有关。通过实验证明我们制备的ZnO和均相Ni掺杂ZnO样品是室温稀磁半导体

5、。最后本文介绍了采用共沉淀方法经在氮气气氛中热处理制备了单相ZnO基稀磁半导体和非均相ZnO稀磁半导体样品，研究发现随着Ni掺杂含量的增加样品饱和磁化强度增强，单相Zn1-xNixO样品名义掺杂含量最大为3%，Ms=0.28emu/g，我们推测样品铁磁有序主要来源于磁性金属Ni的沉积，还有一小部分来源于ZnO结构内部的氧缺陷。通过实验证明我们制备的备的ZnO和均相Ni掺杂ZnO样品是室温稀磁半导体，且改变条件影响样品的磁性能。关键词：Ni:ZnO；稀磁半导体；共沉淀；结构；磁性I北京理工大学硕士学位论文AbstractZnO-baseddilutedmagnetic

6、semiconductors(DMSs)havebeenextensivelyinvestigatedinrecentyearssinceZnOhaswidebandgapandlargeexcitonbindingenergy.ThestudyonpreparationandpropertiesoftransitionelementdopedZnO-basedDMSsshowgreatsignificancetospintronicdevices.Inthiswork,ZnOandNi-dopedZnOsamplesweresynthesizedbyco-prec

7、ipitationmethod.ThestructuresandmagneticpropertiesofZn1−xNixOpowderhadbeeninvestigatedindetailbytheX-raydiffraction(XRD),scanningelectronmicroscope(TEM),X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)andsuperconductingquantuminterferencedevice(SQUID).Thisarticleisdividedintothreechapters:Firstly