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zno基稀磁半导体的制备与磁性研究

ZnO基稀磁半导体的制备与磁性研究

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作者：叶小娟河北师范大学

学位级别：硕士

稀磁半导体(Diluted Magneic Semiconductors,DMS)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。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... 详细信息

稀磁半导体(Diluted Magneic Semiconductors,DMS)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。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。尽管理论和实验上已经取得了可喜的结果,但是还有许多问题(例如磁性的起源,居里温度低于室温等)有待于进一步解决。本文主要在zno基DMS方面开展了一些研究工作。 1.分别利用固相反应法和射频磁控溅射法制备了n型的znmno粉末和薄膜样品。所有样品的XRD结果均表明其为单一的纤维锌矿结构,未见任何杂质相存在。经过磁性检测表明:当温度降低到3K时,粉末样品仍然表现为顺磁性。而在真空氛围退火的薄膜样品在室温下检测具有铁磁性,并且每个mn离子的饱和磁矩为1.05μ,矫顽力为100oe,居里温度大约为400K。综合各种表征结果,认为薄膜样品的磁性属于样品的内禀性质,并且恰当的生长环境以及缺陷浓度是样品产生铁磁性的关键因素。 2.采用直流反应共溅射的方法在玻璃基片上制备了Cu(N,Cu)-zno的系列薄膜样品。霍耳效应检测表明所有样品均是n型导电。磁性检测表明所有的样品在室温下都具有铁磁性。并且氮的引入导致了磁矩的显著减弱,居里温度的显著降低。电输运性质表明随着铜掺杂量的增加以及氮的引入,样品的电阻率有明显的增大趋势。经过详细的分析表明:该系列样品的铁磁性属于样品本身的内禀性质,而不是杂质相的贡献,并且样品的铁磁性对电子浓度有很大的依赖性。 3.采用射频和直流交替溅射的技术,在玻璃基片上制备了Co(N,Co)-zno系列薄膜样品。由于N的引入,薄膜从n型导电转变为p型导电。经过详细的检测分析,结果表明所有的样品室温下均具有铁磁性,并且样品的磁矩随着氮的含量的增加而减弱,然而居里温度随着氮的含量的增加而增大。将Co-zno体系的磁性归因于电子载流子的媒介作用,可以解释磁矩的变化趋势,但是对于居里温度的变化趋势很难解释。该结果丰富了人们对Co-zno体系铁磁性的理解,同时磁性起因还有待于进一步探索。

关键词：稀磁半导体磁控溅射磁学性质输运性质 zn0.96mn0.04o Co-zno Cu-zno

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