ZnO基稀磁半导体块材样品的制备及磁性-材料物理与化学专业论文.docxVIP

华 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I I 摘 要 在半导体中引入磁性金属元素而形成的稀磁半导体材料因其能将自旋和电荷两 个自由度集于一身，已经成为最近几年来凝聚态物理和材料科学领域中最前沿的研 究对象。最近的理论研究指出，用特定的磁性元素对 ZnO 进行 n 型掺杂有可能获得 室温铁磁性，因此，作为一种Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，ZnO 已经引起了广泛的关注。 本文采用标准的固相反应法和共沉淀法在 ZnO 半导体中引入磁性过渡金属元素，对 样品的磁化行为进行了初步研究，试图揭示出稀磁半导体中铁磁性的起因。主要研 究内容如下： 第一章介绍了稀磁半导体的研究概况和应用前景，简要概述了稀磁半导体 ZnO 半导体的晶体结构、能隙等基本性质，最后提出了本文的立论依据，指出了本文的 研究意义。 第二章简要介绍了稀磁半导体样品常用的制备工艺，并初步探索了固相反应法 制备样品的工艺。 第三章从实验上研究了几种过渡金属元素掺杂 ZnO 系列样品的结构及其磁化行 为，发现 Mn、Co、Fe、Ni 等元素的掺杂具有较好的结果。并基于实验结果，讨论 了样品磁性的起因，并对样品中的磁相互作用的机制进行了初步探讨。 第四章对用两种制备方法制备的 Fe 元素掺杂 ZnO 的块材样品进行了进一步的探 讨。结果表明，两种制备方法制备的样品性质有一定差别。在结构上，用共沉淀法 可以制备出单相的块材样品，而用固相反应法则很难制备出单相的样品；在磁性上 也表现出了不同的行为。 关键词：稀磁半导体 ZnO 磁化强度 共沉淀法 固相反应法 II II Abstract Diluted magnetic semiconductors (DMSs), i.e., semiconductors doped with magnetic metallic elements, have been the frontier research objects in the field of condensed state physics and material science because of the possibility of assembling charge and spin degrees of freedom in a single substance. As one of the II–VI compound semiconductors, ZnO has drawn much attention because theoretical studies predicted room-temperature ferromagnetism in a semiconducting ZnO recently, normally n type, when doped with suitable magnetic ions. In this thesis, magnetic transition metallic(TM) elements were introduced into ZnO by a standard solid-state reaction method, the magnetization behaviors and the origin of ferromagnetism of Zn1-xTMxO samples were studied. The main content of the thesis is as follows: In chapter one, the study background and application perspectives of DMSs are introduced. Some of basic properties of DMSs and ZnO, such as lattice structure, energy gap, etc. are also reviewed. In chapter two, the preparation process and the possible magnetic interactions of the Zn1-xTMxO samples has been introduced. In chapter three, the structure and magnetization behaviors of Zn1-xTMxO samples have been experimentally investigated. Based on the experiment results, The samples of Mn, Co, Fe, Ni doped ZnO hav