过渡金属共掺杂ZnO基稀磁半导体的制备与性能研究

【摘要】稀磁半导体材料是利用3d族过渡金属离子,或4f族稀土金属离子取代Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ-Ⅵ族或Ⅱ-Ⅴ族的化合物其中的一部分非磁性阳离子形成的。稀磁半导体材料开启了白旋电子学,具有优异的光学、电学、磁学和光催化等物理化学特性。稀磁半导体材料不仅具有电子的电荷特性还具有电子的自旋特性。稀磁半导体材料具有这些特殊的性质,从而使国内外的广大科研工作者对其产生了极大的研究兴趣。ZnO稀磁半导体纳米材料在功能材料领域应用广泛,其自身所具备的发光以及磁学特性备受关注。ZnO不仅是一种常温下的紫外发射材料,而且在更高的温度下也具有相同的性能。ZnO还具有良好的压电导电性能、导热性能、铁磁性能、紫外吸收等性能,因此常被广泛应用于光电与压电换能器、太阳能电池、压电和热电器件、稀磁特性器件、紫外探测器和光催化活性等多种应用领域。最初科研工作者采用掺杂一种元素(Fe、Co、Ni等)来改变稀磁半导体的某些特性,但近年来的研究者通过共掺杂两种元素(Fe和Ni、Co和Cu、Co和Ni等),获得理想的铁电性、铁磁稳定性和发光性等特性,比掺杂单一元素具有更好的实验效果。目前用作共掺杂的过渡金属族主要有Fe、Ni、Co、Cu等元素,它们主要是通过替代的形式进入稀磁半导体的晶格中,同时,由于过渡族金属元素的进入,随之改变了稀磁半导体的微观结构、形貌、光学和磁学等性能。在室温下采用水热法制备不同比例Zn1-xFexO(x=0,0.05,0.10,0.15).Zn0.95FexNi0.05-xO(x=0.01,0.02,0.025,0.03)和Zn0.95FexCo0.05-xO(x=0.01,0.02,0.025)稀磁半导体材料,利用XRD和TEM对样品的结构和形貌进行表征,结合拉曼光谱(RAMAN)、光致发光光谱(PL)和紫外可见分光光度计(UV-vis)研究分析单掺杂和共掺杂样品的光学性能,振动样品磁强计(VSM)分析单掺杂和共掺杂样品的磁学性能。实验结果表明,水热法制备的掺杂样品结晶良好,具有纤锌矿结构,形貌为纳米棒状。样品中Fe2+、Ni2+、Co2+是以替代的形式进入到ZnO晶格中。掺杂样品Fe:ZnO,Fe-Ni:ZnO,Fe-Co:ZnO使得晶体的Raman光谱、PL光谱和UV-vis光谱发生变化,说明Fe、Ni和Co元素改变了ZnO的发光能力。另外,VSM图谱表明,室温条件下,单掺杂和共掺杂样品所表现出的铁磁性较为显著,并且随着掺杂量的改变,样品的饱和磁化强度和矫顽力也随之改变,说明掺杂元素也改变了ZnO的磁学性能。
【作者】张玲玲；
【导师】魏智强；
【作者基本信息】兰州理工大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】稀磁半导体；共掺杂ZnO；水热法；光学性能；磁性能；

【参考文献】
[1]白雪.巨灾债券定价及产品设计[D].吉林大学,金融,2013,硕士.
[2]罗华东.马铃薯甲虫生防细菌的筛选与鉴定[D].西南大学,生物安全,2013,硕士.
[3]李卓然.土地流转对不同类型农户农业生产经营的影响[D].南京农业大学,农业经济管理,2012,硕士.
[4]郭丽凤.辽宁高端装备制造业技术创新的影响因素与对策研究[D].沈阳工业大学,技术经济及管理,2012,硕士.
[5]郭建忠.中国农业银行宁夏分行国际业务营销策略研究[D].宁夏大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[6]梁慧冰,沈起奋,谢俊杰.无直流电抗器的新型串级调速系统[J].冶金自动化,1994,05:20-23.
[7]王勇.西安浐河东湖项目信托融资风险评价研究[D].西安建筑科技大学,项目管理,2013,硕士.
[8]吴宗方.基于新型仿生材料作为固载界面构建的生物传感器的研究[D].西南大学,2011.
[9]魏娟.原始龙纹的演变及在现代首饰中的应用[D].中国地质大学（北京）,设计艺术学,2013,硕士.
[10]李松,刘力军,解永乐.遗传算法优化BP神经网络的短时交通流混沌预测[J].控制与决策,2011,10:1581-1585.
[11]陶骞,陈旭,孙建军,毛艳芳,王晋.基于编码波形的数字化变电站信号绝对传输延时测试方法[J].电力系统自动化,2014,16:110-114.
[12]沈军,冯艾寒.Ti_2AlNb基合金微观组织调制及热成形研究进展[J].金属学报,2013,11:1286-1294.
[13]张文.压阻式压力传感器的温度误差补偿技术及虚拟仪器的组建[D].合肥工业大学,精密仪器及机械,2004,硕士.
[14]汤炜.基于AM335X针织圆纬机提花控制系统研制[D].浙江理工大学,机械电子工程,2014,硕士.
[15]丁学钧,刘建臣,宋淑彩.一种基于属性的模糊聚类算法及其应用研究[J].计算机工程,2004,24:59-61.
[16]李育才.基于嵌入式技术的指纹采集系统开发与研究[D].重庆大学,仪器科学与技术,2003,硕士.
[17]李帅.超分辨荧光显微方法与系统研究[D].浙江大学,2014.
[18]邓永昌.SrCuO_2的制备及热电性能研究[D].西南交通大学,材料科学与工程,2013,硕士.
[19]袁媛.论严歌苓小说的悲剧意识[D].河北师范大学,中国现当代文学,2012,硕士.
[20]胡丽慧.高强度高韧性稀土铝型材研究[D].南京理工大学,材料工程,2012,硕士.
[21]孟辉,冯志明,王晓晔.一种快速的时间序列相似性算法的研究及其在股票管理中的应用[J].河北工业大学学报,2005,05:56-60.
[22]梁彦嫔.面向物联网的RFID关键技术及应用研究[D].天津理工大学,计算机技术,2013,硕士.
[23]周炳华.炼厂多网络集成优化方法研究[D].东北大学,系统工程,2010,硕士.
[24]周永裕.大型冶金工程施工组织设计的应用研究[D].西安建筑科技大学,建筑与土木工程,2004,硕士.
[25]张海红.旋风分离器流场与分离性能的数值模拟研究[D].郑州大学,2004.
[26]张燕.新疆五种蒿属植物的应用基础研究[D].西北师范大学,植物学,2004,硕士.
[27]赵冠远,张同越,陈鑫.低周反复荷载下高速铁路桥墩损伤评估[J].中国铁道科学,2014,06:28-33.
[28]李冰.城市地下空间利用问题研究[D].长安大学,农业资源利用,2014,硕士.
[29]具振瑶.猴头菌多糖对S-180荷瘤小鼠血清IFN-γ、TNF-α、IL-2、VEGF的影响[D].黑龙江中医药大学,中西医结合基础,2013,硕士.
[30]李新禄,王皓,宋宏芳,杜坤,刘佳,柳红东,张育新,黄佳木.固相法制备尖晶石型Li_4Ti_5O_(12)及其电化学性能的研究[A].中国仪器仪表学会仪表功能材料学会、重庆市科学技术协会、重庆市科学技术研究院、重庆大学、重庆材料研究院（重庆仪表材料研究所）、中国人民解放军后勤工程学院、重庆功能材料期刊社、国家仪表功能材料工程技术研究中心.2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集（第二卷）[C].中国仪器仪表学会仪表功能材料学会、重庆市科学技术协会、重庆市科学技术研究院、重庆大学、重庆材料研究院（重庆仪表材料研究所）、中国人民解放军后勤工程学院、重庆功能材料期刊社、国家仪表功能材料工程技术研究中心:,2011:3.
[31]彭旭.用于贯通式牵引供电系统的电压源型逆变器并联研究[D].西南交通大学,轨道交通电气化与自动化,2014,硕士.
[32]王静娴.要素市场扭曲对外贸转型升级的影响研究[D].辽宁大学,国际贸易学,2014,博士.
[33]张鹏.负载的双金属纳米催化剂Pd-Pt的合成和应用研究[D].中国科学技术大学,材料物理与化学,2014,硕士.
[34]张炜银,王伯荪,李鸣光,昝启杰,王勇军.台湾相思林和芒草草丛中薇甘菊枝构件的分枝格局及其生物量[J].植物生态学报,2002,03:346-350.
[35]宋瑾.PGW的专用承载在无线网络间移动的研究与方案[D].复旦大学,计算机技术,2012,硕士.
[36]欧阳毅.与常规CMOS工艺相兼容的高压MOS器件工艺研究[D].清华大学,微电子与固体,2003,硕士.
[37]吴胜会.福州地区家鸭球虫种类及流行病学调查[D].福建农林大学,兽医,2012,硕士.
[38]李六.企业信息化建设及测评问题研究[D].上海海事大学,2003.
[39]武文婷.克拉拉·舒曼及她的两部钢琴浪漫曲研究[D].西安音乐学院,钢琴教学与演奏,2013,硕士.
[40]赵哲辉.以生物活性为指导的十六元大环内酯交沙霉素结构改造及构效关系研究[D].北京协和医学院,药物化学,2014,博士.
[41]龚全德.内蒙古巴彦温多尔金矿床地质特征及找矿潜力分析[D].吉林大学,地质工程,2012,硕士.
[42]岳慎伟.Cr5大型支承辊用钢点状偏析与预备热处理研究[D].河南科技大学,材料学,2014,硕士.
[43]侯紫娟.商务联络口译中译员角色分析[D].广东外语外贸大学,翻译（专业学位）,2013,硕士.
[44]王来红.硫化氢对烧伤大鼠肠道生物屏功能的影响[D].青海大学,外科学,2014,硕士.
[45]卢源,纪诚,金山.轨道交通综合体的模式演进与设计创新——以北京地铁车辆段综合开发实践为例[J].建筑学报,2015,04:92-97.
[46]李孟婕.公允价值计量对激励机制和会计行为的影响研究[D].南京大学,会计学,2013,硕士.
[47]胡伯乐,牟可新,孙业志,李洪生.从存储系统的实时备份考虑电台数字音频系统的安全播出[J].广播与电视技术.2003(03)
[48]陈德旺.中国科研发展:从“高水平模仿”到“高水平创新”[J].中国农村科技,2015,01:14.
[49]张宁.肝细胞癌组织中RASSF1A、APC、WIF-1及RNF180蛋白表达及意义[D].河北医科大学,内科学（专业学位）,2013,硕士.
[50]关幸枚.聚合物整体柱用于在线固相微萃取吸附环境污染物[D].兰州大学,分析化学,2013,硕士.