稀磁半导体

摘要： 应用脉冲激光沉积法(PLD)制备ZnO基稀磁半导体薄膜,主要研究各试验条件对薄膜结晶效果的影响,通过正交试验确定最佳试验条件为:衬底温度500°C,氧压0.1Pa,激光能量200mJ/次,为ZnO薄膜的深加工和进一步开发利用奠定基础。

摘要： (In,Co)共掺的ZnO薄膜(ICZO薄膜)在100 °C下通过射频(RF)溅射沉积至玻璃基板上.沉积过程采用In、Co、Zn三靶共溅射.通过调节靶功率,获得了不同In含量的ICZO薄膜.研究了不同In含量下薄膜电学性质和磁学性质的变化.分别使用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)、原子力显微镜(AFM)、电子探针扫描(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)、霍尔测试(Hall measurement)和振动样品磁强计(VSM)对薄膜的成分、形貌、结构、电学特性和磁学特性进行了表征和分析.详细分析了薄膜中载流子浓度对磁学性质的影响.实验结果表明,随着薄膜中In含量的提高,薄膜中载流子浓度显著提高,薄膜的导电性得到优化.所有的薄膜均表现出室温下的铁磁特性.与此同时,束缚磁极化子(BMP)模型与交换耦合效应两种不同的机制作用于ICZO半导体材料,致使薄膜的饱和磁化强度随载流子浓度发生改变,并呈现在三个不同的区域.

摘要： 利用高温固相反应法,成功合成了一种新型块状稀磁半导体(La1–xSrx)(Zn1–xMnx)SbO(x=0.025,0.05,0.075,0.1).通过(La3+,Sr2+)、(Zn2+,Mn2+)替换,在半导体材料LaZnSbO中分别引入了载流子与局域磁矩.在各掺杂浓度的样品中均可观察到铁磁有序相转变,当掺杂浓度x=0.1时,其居里温度Tc达到了27.1 K,2 K下测量获得的等温磁化曲线表明其矫顽力为5000 Oe.(La1–xSrx)(Zn1–xMnx)SbO与"1111"型铁基超导体母体LaFeAsO、"1111"型反铁磁体LaMnAsO具有相同的晶体结构,且晶格参数差异很小,为制备多功能异质结器件提供了可能的材料选择.

摘要： 通过溶胶-凝胶旋涂法,在Si基底上制备Cu-ZnO薄膜,并对其微观结构、表面形貌和磁性进行研究.XRD和SEM结果显示,Cu的掺杂并没有改变ZnO薄膜的六角纤锌矿结构,并且适度的掺杂提高了ZnO纳米薄膜的结晶质量.磁性分析结果显示,掺Cu后的样品均显示出室温铁磁性,在一定掺杂范围内,样品的磁性逐渐增强,当Cu的掺杂量达到质量分数9％时,由于出现了反铁磁性的CuO,导致磁性减弱.综合分析表明,样品室温铁磁性来源于Cu 2+-O 2+-Cu 2+磁交换耦合作用.

摘要： ZnO稀磁半导体是目前最有希望集成到传统半导体中的一种新型材料,具有室温铁磁性能的ZnO稀磁半导体不仅可以大幅减小电子元器件的体积、提高集成密度,而且在传输效率上也有非常大的提升.目前,具有室温铁磁性能的ZnO稀磁半导体的制备方法可重复性差,且其磁性来源尚无统一理论解释.为了梳理不同实验方法制备出的ZnO稀磁半导体磁性能及其来源,本文对近10年来纯ZnO和Mn、Co单元素掺杂ZnO以及Mn、Co双元素共掺杂ZnO的制备方法、磁性能及磁性来源研究进行了综述,并认为:在制备过程中掺杂过渡金属离子对提升ZnO稀磁半导体室温铁磁性能有明显效果;在较低含量的Mn、Co掺杂ZnO体系中,可实现较稳定的室温铁磁性;要更好地理解磁性来源,必须从原子尺度通过理论计算与实验相结合的方式进行探索.

摘要： 基于第一性原理研究了Cr元素掺杂3C-SiC的电子结构和磁性,揭示了Cr元素掺杂3 C-SiC的磁矩形成以及铁磁耦合的微观物理机制,发现同时引入N元素后Cr元素掺杂3 C-SiC的形成能大幅降低,并对其形成能降低的机理进行了系统的讨论,给出了合理的解释,在过渡金属掺杂时引入N元素能够显著地降低磁性杂质的形成能.

摘要： GeTe基稀磁半导体材料因具有可独立调控载流子浓度和磁性离子浓度的特性而受到广泛关注.本文利用脉冲激光沉积技术制备了该体系的单晶外延薄膜,并通过高价态Bi元素部分取代Ge元素的方法实现了材料中载流子类型从空穴向电子的转变,即制备出N型GeTe基稀磁半导体.测量结果表明,无论是室温还是低温下的Hall电阻曲线皆呈现负斜率,说明体系中载流子是电子;并且当Bi掺杂量达到32％时,电子浓度为1021/cm3.变温输运性质的测量证明体系的输运行为呈现半导体特征.通过测量低温10 K下的绝热磁化曲线,在高Bi掺杂体系中观测到了明显的铁磁行为,而低于32％Bi掺杂量的体系中未观察到.这一结果说明,高掺杂Bi的替代导致载流子浓度的增加,促进了载流子传递Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida相互作用,使得分散的Fe-Fe之间产生磁耦合作用,进而形成铁磁有序态.

摘要： GeTe基稀磁半导体材料因具有可独立调控载流子浓度和磁性离子浓度的特性而受到广泛关注.本文利用脉冲激光沉积技术制备了该体系的单晶外延薄膜,并通过高价态Bi元素部分取代Ge元素的方法实现了材料中载流子类型从空穴向电子的转变,即制备出N型GeTe基稀磁半导体.测量结果表明,无论是室温还是低温下的Hall电阻曲线皆呈现负斜率,说明体系中载流子是电子;并且当Bi掺杂量达到32%时,电子浓度为10^(21)/cm^3.变温输运性质的测量证明体系的输运行为呈现半导体特征.通过测量低温10 K下的绝热磁化曲线,在高Bi掺杂体系中观测到了明显的铁磁行为,而低于32%Bi掺杂量的体系中未观察到.这一结果说明,高掺杂Bi的替代导致载流子浓度的增加,促进了载流子传递Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida相互作用,使得分散的Fe-Fe之间产生磁耦合作用,进而形成铁磁有序态.

摘要： 稀磁半导体同时利用电子的电荷与自旋属性,一般是通过过渡金属掺杂半导体而得到。SiC在高能、高频、高温电子器件上有相对成熟的发展以及应用工艺,使其在稀磁半导体材料中具有潜在的应用前景。在本文中,采用溶胶。凝胶碳热还原法、气-固(VS)生长法、离子注入法分别制备了Mn掺杂的3C-SiC纳米颗粒、Mn掺杂的3C-SiC纳米线及N离子注入6H-SiC单晶等稀磁半导体材料。本文采用X射线衍射仪(XRD)。扫描电子显微镜(SEM),原子力显微镜(AFM),高分辨透射电子显微镜(HRTEM),超导量子干涉仪(SQUID)等仪器对样品进行了表征,并对磁性起源做了简要讨论。

摘要： Ⅲ族氮化物基稀磁半导体是近年来在自旋电子学研究领域中受到广泛关注的研究热点和最有希望获得室温以上铁磁性的稀磁半导体材料之一。本文介绍了近两年来采用双能态离子注入法或两种元素共注入法在MOCVD外延生长的GaN、AlGaN、AlN和InGaN薄膜上制备Ⅲ族氮化物基稀磁半导体薄膜样品的结果。利用X射线衍射,拉曼散射光谱、Hall测试和超导量子干涉磁强计等测试手段对上述样品的微结构、电性能和磁性能进行了表征分析。结果显示稀土元素离子注入法制备的Ⅲ族氮化物基薄膜样品呈现出了复杂多样性的磁性能,特别是首次发现了注入Tb、Er样品中呈现的亚稳态铁磁性现象,并对上述样品的铁磁性起源机理进行了简要分析,指出了进一步开展稀磁半导体材料研究的方向。

摘要： 稀磁半导体材料可以同时利用电子的电荷以及自旋的属性,使材料在具有半导体性的同时兼具铁磁性,为开辟半导体技术新领域以及制备新型自旋电子器件提供了条件.在过去二十年中,有关稀磁半导体材料的研究已经成为了自旋电子学中的一个重要分支.其中,Mn掺杂的Ge半导体材料由于与传统Ⅳ族半导体工业的兼容性以及可能出现的室温铁磁性而备受关注.一般而言,此类材料的居里温度随Mn的掺杂浓度增加而增加.在本工作中，生长了Mn 掺的Ge 量子点材料，并在量子点层以下10nm 处进行了不同浓度的B的掺杂。导电原子力显微镜的研究发现，量子点位置的导电性随B掺杂浓度的提高而提高。因此，实验上证实了量子点中的空穴浓度由于B 的调制掺杂得到了调节。磁性的研究结果显示，随着B调制掺杂浓度的提高，样品的磁化磁矩及居里温度也随之明显提高，并由此得到了B掺杂浓度与材料居里温度的关系。进一步对材料在低温下磁化过程的研究也显示，材料的铁磁性信号只来源于Mn的掺杂，而少量的B的掺杂只增强了材料的顺磁表现，不会带来铁磁性的贡献。因此，材料的铁磁性及居里温度的增强被归因于量子点中空穴浓度的提高。这些研究结果再次证实了载流子调制的铁磁性模型，为进一步提高材料的居里温度提供了方向。

摘要： 稀磁半导体材料是在半导体材料掺入少量的磁性离子,从而使半导体材料去有磁性,稀磁半导体由于具有磁性、磁光和磁输运等新的物理效应,可以制成各种新型的功能器件,如稀磁半导体超晶格和量子肼、高密度非易失性存储器、磁感应器件、光隔离器件、半导体激光器集成电路及量子计算机等.因此,稀磁半导体材料制成的电子自旋器件有广阔的应用前景.采用Ni离子注入MOCVD方法外延生长p-GaN。Ni离子注入能量为150keV，注入剂量为1×l0 15cm-2、l×l0 16cm-2、1×l0 17cm-2。对Ni离子注入后的GaN样品进行700°C、800°C、和1000°C的快速热退火处理。用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)来分析GaN薄膜的结构和形貌。

摘要： 稀磁半导体在生物探测和自旋电子学领域有着很大的应用潜力。然而,他们的磁性机制非常复杂,搞清楚其中各种因素的贡献对应用非常有意义。本文制备了外延ZnO,结合各种表征手段研究了其磁性的贡献。结果表明,名义Cu含量在7.3at.％内时,Cu原子替代Zn原子,形成强的CuZn-O共价键,等价于Zn-O键。进一步增加Cu含量,替代型CuZn效应变弱了,[CuZnO4]团簇亚稳相出现,其受wurtzite ZnO母体的调制,退火后会析为CuO.在7.3at.％以下,单位体积磁化强度随Cu含量增加而增加,随后会下降。但是,单位原子Cu归一化磁化强度随Cu含量增加单调下降。阐明Cu替代Zn和强的Cuzn-O是磁性产生所必须的，但亚稳态[CuZnO4]团簇是不利于磁性的。单位体积磁化强度和Cu离子传递的氧空位强烈相关。

摘要： 基于密度泛函理论,系统研究了Mn,Fe共掺ZnO的电子和磁学性质,以从理论上提供制备高居里温度的ZnO稀磁半导体的方法.通过对态密度的分析表明:共掺后稳定的铁磁性主要是由于费米能级附近Mn3d,Fe3d以及O2p之间强烈的p-d杂化效应所导致.此外,缺陷特别是氧缺陷也是获取高居里温度ZnO材料的一种方法.

摘要： Co掺杂ZnO (Zn1-xCoxO)是理论预测的具有室温铁磁性的少数稀磁半导体之一,在自旋电子器件领域有着重要应用前景.以醋酸锌和醋酸钴为原料,采用溶胶-凝胶法制备Zn0.95Co0.05O粉体,研究了煅烧温度对其物相组成、晶体结构和磁学性能的影响.结果表明:随着煅烧温度的升高,更多的Co2+进入ZnO晶格中,取代纤锌矿结构中的Zn2+进入四面体配位环境;煅烧温度为800°C时得到具有单一纤锌矿结构的Zn0.95Co0.05O粉体;所有的粉体均表现为顺磁性,随着煅烧温度的升高,顺磁性增强.

摘要： 本文介绍了采用共溅法制备Ti掺杂AlN薄膜的方法，并通过X射线衍射(X-ray diffraction , XRD)进行表征。

摘要： 利用水热合成法制备了ZnO、Zn0.95Li0.5O、Zn0.95Cu0.5O和Zn0.90Li0.50Cu0.50O四个样品,采用EVA和MAUD软件分别对样品XRD图谱进行了物相测定和微结构分析,结果表明样品均具有纤锌矿结构ZnO,Li+以间隙形式进入了ZnO晶格,Cu掺杂后部分Cu2+以替代Zn2+形式进入ZnO晶格,存在CuO杂质第二相,并获得样品的晶粒尺寸大小、形状和微观应变信息.样品的能带宽度通过固体紫外分光光度计间接测量所得,磁性能用振动样品磁强计进行测试,结合XRD微结构分析发现,样品的晶胞参数小则能带宽度小,对应的磁性能好,但Li的引入未能提高Cu掺杂ZnO的磁学性能.

摘要： 利用水热合成法制备了ZnO、Zn0.95Li0.5O、Zn0.95Cu0.5O和Zn0.90Li0.50Cu0.50O四个样品,采用EVA和MAUD软件分别对样品XRD图谱进行了物相测定和微结构分析,结果表明样品均具有纤锌矿结构ZnO,Li+以间隙形式进入了ZnO晶格,Cu掺杂后部分Cu2+以替代Zn2+形式进入ZnO晶格,存在CuO杂质第二相,并获得样品的晶粒尺寸大小、形状和微观应变信息.样品的能带宽度通过固体紫外分光光度计间接测量所得,磁性能用振动样品磁强计进行测试,结合XRD微结构分析发现,样品的晶胞参数小则能带宽度小,对应的磁性能好,但Li的引入未能提高Cu掺杂ZnO的磁学性能.

摘要： 一种通过测量输运性质确定稀磁半导体镓锰砷铁磁转变温度的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将镓锰砷样品刻蚀成霍尔元件形状，采用铟压焊技术制作电极，该电极与恒流源和电压表连接；步骤2：将步骤1所述的霍尔元件放入闭循环制冷系统中；步骤3：测量霍尔元件切向电阻与温度的关系曲线，确定镓锰砷导电特征从绝缘性转变到金属性的相变温度，从而确定镓锰砷薄膜的铁磁转变温度。

摘要： 本发明为一种具有室温铁磁性的ZnO基稀磁半导体薄膜及其制备方法，所述薄膜成分的化学通式为Zn1‑xMxO，采用非磁性元素M进行掺杂，M为Cu、Na、Li或Ag中的一种，其中x为摩尔比，0＜x≤0.1；其制备方法为以非磁性金属离子为施主掺杂的方式，以陶瓷靶材为基础，采用激光脉冲沉积技术(PLD)，制得具有室温铁磁性的ZnO基稀磁半导体薄膜。本发明可向ZnO晶格中掺入高比例的非磁性金属离子，从根本上规避了因掺杂剂析出而引发的内部磁矩分布不均的可能性。非磁性元素掺杂的氧化物半导体所表现出来的室温铁磁性更趋近于其内禀属性，更具有重要应用价值，可广泛应用于自旋电子器件中。

摘要： 本发明的氧掺杂六方氮化硼稀磁半导体纳米材料的制备方法，属于稀磁半导体纳米颗粒材料制备的技术领域。具体采用气液反应和气固反应两步反应过程，首先利用硼酸和去离子水配制成待反应液，然后通入氨气生成五硼酸铵；再将五硼酸铵在880～980°C氮化处理，最后用盐酸水溶液、去离子水和酒精分别清洗并烘干，将得到的氧掺杂六方氮化硼稀磁半导体纳米材料保存为固体。本发明对于现有的制备方法具有反应易于实现、反应装置易于搭建、原材料易于取得、对环境无污染、制备成本低等优点，并且合成的稀磁半导体纳米材料颗粒均匀、磁饱和强度大。

摘要： 一种通过测量输运性质确定稀磁半导体镓锰砷铁磁转变温度的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将镓锰砷样品刻蚀成霍尔元件形状，采用铟压焊技术制作电极，该电极与恒流源和电压表连接；步骤2：将步骤1所述的霍尔元件放入闭循环制冷系统中；步骤3：测量霍尔元件切向电阻与温度的关系曲线，确定镓锰砷导电特征从绝缘性转变到金属性的相变温度，从而确定镓锰砷薄膜的铁磁转变温度。

摘要： 本发明涉及化合物半导体外延生长制造技术领域，具体涉及基于分子束外延生长(MBE)技术制备一种稀磁半导体(Zn80％，Cr20％)Te薄膜材料及其制备方法。该薄膜材料中Cr原子的含量为20％。本发明主要特征在于，从(Zn，Cr)Te薄膜的成膜机理出发，优化Zn、Cr以及Te元素蒸发源的温度和分子线强度的比例，增加退火工序，改善Cr原子在ZnTe半导体晶体中的分布，从而使得Cr原子在ZnTe的禁带中的费米面附近形成局部杂质能级，基于分子束外延生长技术获得的薄膜可以增强Cr的3d轨道电子和ZnTe能带中载流子的2重交换作用，提高铁磁性的居里温度Tc至室温300K，可以应用于电子自旋晶体管(spin‑MOSFET)新型电子器件。

摘要： 本发明的气雾冷凝化学沉积合成CuS：Ho稀磁半导体的方法属于稀磁半导体材料制备的技术领域，有以下步骤：将Cu离子与Ho离子混合溶液在超声波雾化机的作用下产生Cu离子与Ho离子混合气雾，然后与硫化氢气体在循环水的环境中在气体驱动装置的驱动下进行反应，在收集瓶内沉淀得到Ho掺杂CuS基稀磁半导体纳米颗粒CuS：Ho。本发明制备方法简单，成本低，能够满足批量生产的要求，得到的Ho掺杂CuS基稀磁半导体具有室温铁磁性。

摘要： 本发明涉及稀磁半导体薄膜领域，具体涉及使用分子束外延生长(MBE)技术制备一种p型含碘稀磁半导体(Zn90％,Cr10％)Te:N薄膜材料的方法。该薄膜材料的元素组成为Zn、Te、Cr、N、I五种元素，控制N原子和I原子的比例＜10:1时，最终制备得到的稀磁半导体材料的居里温度(Tc)≥2K，可以达到20K。

摘要： 本发明涉及稀磁半导体薄膜领域，具体涉及一种含氮稀磁半导体(Zn90％,Cr10％)Te:I薄膜材料的制备方法。该薄膜材料中Cr原子的含量为10％，通过掺杂碘元素与氮元素，可以使得载流子浓度达到1019cm‑3。另外，掺杂N后增加了Cr原子间的结合能，使得Cr原子间因斥力作用，在薄膜中均匀分布，此外通过低温退火的处理方式可以进一步降低Cr在薄膜中的亚稳态分解几率。使用此技术获得的氮稀磁半导体(Zn90％,Cr10％)Te:I薄膜同时具备铁磁特性和半导体特性，铁磁性的居里转移温度可达到室温300K。

摘要： 本发明公开了一种具有高居里温度的Ⅰ‑Ⅱ‑Ⅴ族稀磁半导体材料，所述稀磁半导体材料是以LiCdAs为本征体，在Cd离子位等价掺杂Mn的多晶材料；是一种可通过电荷与自旋分离调控的新型稀磁半导体。该材料除了居里温度可达318K外，还具有优异的磁电性质，表现出明显的铁磁有序性。本发明的半导体材料制备方法简单，通过在Cd离子位等价掺杂Mn离子克服了化学固溶度的问题；通过Li离子化学计量数的调节可成功调控载流子浓度。当掺杂浓度为6％时，饱和磁矩达3.69μB/Mn，自发磁矩达0.32μB/Mn。材料具有20～40Oe的小矫顽力，且导电性能随掺杂浓度的升高而减弱，电阻率在掺杂浓度为15％时接近30Ω·cm。

摘要： 本发明为一种具有室温铁磁性的ZnO基稀磁半导体薄膜及其制备方法，所述薄膜成分的化学通式为Zn1‑xMxO，采用非磁性元素M进行掺杂，M为Cu、Na、Li或Ag中的一种，其中x为摩尔比，0＜x≤0.1；其制备方法为以非磁性金属离子为施主掺杂的方式，以陶瓷靶材为基础，采用激光脉冲沉积技术(PLD)，制得具有室温铁磁性的ZnO基稀磁半导体薄膜。本发明可向ZnO晶格中掺入高比例的非磁性金属离子，从根本上规避了因掺杂剂析出而引发的内部磁矩分布不均的可能性。非磁性元素掺杂的氧化物半导体所表现出来的室温铁磁性更趋近于其内禀属性，更具有重要应用价值，可广泛应用于自旋电子器件中。