Mn、Co、Ni摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體的制備研究.pdf

1、本論文采用溶劑熱法和溶膠.凝膠法合成Mn,Co,Ni摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料。實(shí)驗(yàn)中通過優(yōu)化工藝參數(shù),獲得了一系列薄膜和粉體樣品。論文中對(duì)試樣的晶體結(jié)構(gòu)、形貌和磁性進(jìn)行了表征,并探討了樣品的磁學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。
　　 對(duì)乙酰乙酸乙酯修飾的溶劑熱法制備過渡金屬摻雜ZnO膜和粉體樣品的工藝條件進(jìn)行大量的探索實(shí)驗(yàn)。XRD,SEM,EDS和XRF等分析表明,在180℃溶劑熱處理醋酸鋅(濃度為0.25M),尿素(沉淀劑),乙酰乙酸乙酯(絡(luò)合

2、劑),乙醇和水的溶液5小時(shí)可以獲得均勻性和結(jié)晶性都較好的ZnO膜和粉體試樣。通過乙酰乙酸乙酯與鋅離子以及錳,鈷和鎳離子間的絡(luò)合反應(yīng)可以在上述溶劑熱反應(yīng)體系中引入Mn,Co或Ni的乙酸鹽或硫酸鹽,并通過相同的工藝條件下可以獲得Mn,Co或Ni摻雜的ZnO膜和粉體材料。在上述溶液體系中,引入聚乙烯砒咯烷酮可以獲得穩(wěn)定透明且具有適中粘度的Mn,Co或Ni摻雜的ZnO溶膠。由這些溶膠體系通過旋涂工藝能制備出致密均勻的Mn,Co或Ni摻雜的ZnO

3、薄膜樣品。聚乙烯砒咯烷酮發(fā)揮了調(diào)節(jié)粘度、穩(wěn)定溶膠和減少薄膜開裂的重要作用。
　　 X射線衍射譜和拉曼光譜分析表明,在摻雜濃度較低時(shí),Mn,Co,Ni等過渡金屬摻雜ZnO薄膜是單一相的。這些過渡金屬摻雜原子成功地占據(jù)了ZnO晶格中的Zn位,實(shí)現(xiàn)了替位式摻雜而且沒有改變ZnO的纖鋅礦結(jié)構(gòu)。然而,在高摻雜濃度的樣品中出現(xiàn)復(fù)相結(jié)構(gòu),摻雜濃度大于等于10％的Mn摻雜ZnO中出現(xiàn)了ZnMnO3相;在摻雜濃度達(dá)到5%的Co摻雜ZnO中則出現(xiàn)了

4、(Zn0.99Co2.01)O4雜質(zhì)相;在摻雜濃度達(dá)到10%的Ni摻雜ZnO中則出現(xiàn)了Ni0.7Zn0.3O雜質(zhì)相。掃描電鏡和高分辨透射電鏡測(cè)試表明,Mn、Co或Ni摻雜ZnO樣品由納米顆粒組成。
　　 光致發(fā)光測(cè)試結(jié)果表明Mn摻雜ZnO樣品中,存在中心位于380nm(3.26 eV)附近的紫外發(fā)光峰,并且隨著Mn摻雜濃度的增加,紫光發(fā)射峰的位置向短波方向有輕微的移動(dòng)。通過磁性能測(cè)試發(fā)現(xiàn),在ZnO中摻雜不同量、不同元素時(shí)制得的試