Co掺杂ZnO基稀磁半导体研究

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传统微电子器件的工作原理基于电荷输运,由于受电流泄漏等因素的制约,其特征尺寸已濒临极限。而自旋电子器件可以通过电子自旋来表征信息,相比传统微电子器件具有尺寸小、能耗低、速度快和非易失性等优势,稀磁半导体是实现自旋电子器件的最佳候选材料之一。因此,研究高性能室温稀磁半导体材料具有重要意义。本文采用固相法和液相法分别制备和研究了Co掺杂的ZnO基稀磁半导体,针对磁性和导电特性进行了研究,获得如下结果。(1)采用固相反应法制备了Zn1-xCoxO(x=0.02,0.05,0.08)陶瓷样品,再对陶瓷样品进行Al离子注入。XRD测试结果表明,固相掺杂和离子注入没有改变ZnO的六角纤锌矿结构,Co离子和Al离子进入Zn O晶格后没有形成杂质相;SEM测试结果显示,所有样品表面晶粒均匀致密;霍尔效应测试结果表明,注入Al离子可以有效改善Zn1-xCoxO陶瓷样品的导电特性,载流子浓度水平在10161017/cm3,电子迁移率范围在412 cm2/Vs;通过VSM得到的磁性测量结果表明,Co掺杂ZnO样品在室温下都具有明显铁磁性,且随着Co掺杂浓度增大而增强。(2)为了制备高性能陶瓷靶材,需要先制备高纯度和高掺杂均匀度的粉体原料。因此,通过溶胶凝胶法与水热法结合进行制备Zn1-xCox O(x=0,0.03,0.07,0.11)粉末的探索。XRD测试结果表明,所有样品都为单一的六角纤锌矿结构,说明Co2+离子有效掺入ZnO晶格,没有形成Co或Co的氧化物等杂质相。SEM测试结果显示,掺杂样品晶粒为六角锥形或圆球形。所有样品在室温下都表现为铁磁性,并且随着Co掺杂浓度的增大而增大,表面缺陷与Co掺杂共同影响样品的磁行为。
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