金屬離子摻雜對ZnO晶體生長和性能的影響.pdf

1、本文采用水熱法，以3mol·L-1KOH作為礦化劑，填充度為35％，溫度為430℃，在前驅物ZnO或自制Zn（OH）2中添加一定量Mn、Co磁性過渡族金屬離子和Sn、In、Cu離子共摻雜，反應24小時合成各種摻雜的ZnO晶體。
　　 實驗發(fā)現(xiàn)，反應溶液中加入堿土金屬離子Mg、Ca可以有效控制ZnO的c軸極性生長速度，使合成的晶體大面積顯露正負極面，有利于減少晶體缺陷，提高結晶質量。溶液中In離子不僅可以改善晶體形貌特征，使晶體光

2、滑，結構完整，呈現(xiàn)規(guī)則對稱的薄片狀六棱形，而且霍爾測量顯示大大增加了其載流子濃度，首次用水熱法實現(xiàn)n型ZnO。
　　 本文通過調整摻雜元素，制備出了各種摻雜的ZnO。通過X光能譜測量顯示，Mn、Co可以較大比例均勻摻入ZnO晶體，而Sn、In、Cu等受電荷補償、體積補償?shù)刃?，只能微量摻入ZnO。
　　 采用SQUID進行磁性測量，發(fā)現(xiàn)Mn與Co、Cu、Sn共摻雜晶體沒有室溫鐵磁性，居里溫度小于50K，顯示反鐵磁性和高溫

3、順磁性。Co、Cu共摻雜的磁化強度隨溫度變化很小，有較弱的室溫鐵磁性特征。而Co、Sn共摻雜ZnO晶體在室溫存在磁滯回線，但沒有磁飽和現(xiàn)象，顯示順磁性和鐵磁性共存。
　　 水熱合成Sn摻雜ZnO晶體，隨著摻雜量的提高，出現(xiàn)了不同形貌的晶形。sn離子可有效控制晶體正極面生長速度，摻雜量超過2％時，出現(xiàn)少量SnO2棒狀晶體。磁性測量顯示順磁性。當前驅物為自制Zn（OH）2時，合成出類似冰激凌形狀的.ZnO晶體，直觀顯示了ZnO的極性