溶胶-凝胶法制备Co掺杂ZnO基稀磁半导体的研究

摘要

稀磁半导体材料是一种集载流子的自旋和电荷两种自由度于一体的新型半导体材料，由于其具有磁光、磁电、磁输运等新颖特性，有巨大的潜在应用前景。 本文采用溶胶-凝胶法制备了Co掺杂ZnO基稀磁半导体(DMSs)粉体材料，成功的获得了室温铁磁性。通过正交实验方案和单因素实验方案较系统的研究了制备工艺条件对样品结构和磁学特性的影响。采用XRD和VSM测试手段对样品的结构、成分以及磁性能进行了表征分析。实验结果表明，Co的掺杂并未改变ZnO的纤锌矿型晶体结构，但掺杂量增大会降低样品的结晶质量。快速退火工艺有利于样品具有室温下的铁磁性能。结合样品磁性能测试结果以及钴和钴的氧化物的铁磁性能的分析，认为观察到的铁磁性是样品本身所具有的性质，而不是来源于样品中的第二相。同时应用载流子调节的双交换机制初步分析了样品中存在的铁磁性，并对不同工艺条件下所制样品铁磁性之间的差异做出了合理的解释和预测。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

一、选题依据

二、研究意义

三、论文的主要工作

第一章稀磁半导体材料结构与性能概述

1.1材料的铁磁性理论

1.2稀磁半导体概述

1.2.1稀磁半导体材料的研究历史与现状

1.2.2稀磁半导体材料中的交换互作用

1.2.3稀磁半导体的磁性来源

1.2.4稀磁半导体的光学、磁学与输运性质

1.2.5稀磁半导体的应用前景

1.3ZNO半导体材料结构与特性概述

1.3.1 ZnO的晶体结构及基本性质

1.3.2 ZnO的应用

1.3.3 ZnO基稀磁半导体的研究进展

1.3.4 Co掺杂体系

1.4小结

第二章稀磁半导体材料制备工艺设计

2.1粉体材料制备方法简介

2.1.1固相反应法

2.1.2化学沉积法

2.1.3喷雾热分解法

2.1.4水热法

2.1.5溶胶-凝胶法

2.2溶胶-凝胶技术的机理及工艺流程

2.2.1溶胶-凝胶技术的机理

2.2.2溶胶-凝胶技术的工艺流程

2.3实验设备及主要原料

2.3.1实验设备

2.3.2实验原料

2.4溶胶体系的筛选

2.5样品的制备

2.5.1溶胶-凝胶法制备ZnO：Co的工艺流程

2.5.2溶胶的制备

2.5.3溶胶的凝胶化

2.5.4热处理

2.6样品结构与性能的表征

2.6.1样品的晶体结构测试

2.6.2样品的磁性分析

2.7 小结

第三章正交实验设计及分析

3.1实验方案的确定

3.1.1正交设计的基本要求

3.1.2实验方案综述

3.2工艺设计

3.2.1正交表的概述

3.2.2工艺参数的选取

3.2.3正交实验表的确定

3.3实验结果分析与讨论

3.3.1样品的XRD测试结果

3.3.2正交实验结果的分析

3.4小结

第四章单因素实验研究及结果分析

4.1单因素实验设计

4.2样品的XRD测试结果与分析

4.2.1退火温度对样品结构的影响

4.2.2 Co2+离子的掺杂比对样品结构的影响

4.3样品性能表征及分析

4.3.1样品的磁特性测试

4.3.2样品磁特性测试结果分析

4.4小结

第五章结论

5.1工作总结

5.2存在的问题及以后的研究方向

参考文献

硕士期间发表论文

致谢