纳米结构ZnCuO铁磁性能分析(2)
时间:2019-10-21 20:24 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
Cu被认为是有前途的稀磁半导体因为由于它掺杂ZnO在排除第二相上的优势。不计其数的研究工作被人们实验，对于Cu掺杂ZnO的铁磁性人们还是有着众多不解，例如Cu掺杂ZnO中Cu的几何结构对其铁磁性的影响、N杂志和Vo对Cu掺杂ZnO铁磁性的影响这些都是试验中的疑惑。并且薄膜和衬底在热膨胀系数和晶格常数上存在着一定差异，导致薄膜中产生不可避免的晶格应变，晶格应变对Cu掺杂ZnO铁磁性影响也需要进一步分析。因为目前Cu掺杂ZnO产生铁磁性的原因任未明了,采用第一性原理分析Cu的取代位置，晶格应变，Vo缺陷以及N杂志对Cu掺杂ZnO铁磁性的影响，对纳米ZnCuO铁磁性能有更深刻的认识。 1.1.2 纳米结构ZnCuO的性质和应用 ZnO因其高电子激活能（60meV，直接宽禁带(3.37eV)等特点被当作一种优秀的半导体材料，广泛的应用太阳能电池、光电器件、压电薄膜和气敏器件等方面。对稀磁半导体材料人们也越来越感兴趣，DMS材料是在非磁性半导体(如IV-VI族、III-V族或II-VI族)中掺杂过度金属（如Mn，Fe，Cr，Co等），利用载流子控制技术产生磁性的一种新型功能材料。由于该材料表现出特殊的磁光、光吸收、光电和运输特性而广泛的应用于磁电和自旋电子器件等。通过理论计算，发现ZnO基半导体材料可能是室温下或更高温度下的实现铁磁性的材料。目前国内外有许多研究小组已经展开了ZnO基DMS的研究工作，对于其磁性起源作了深入的分析，并获得了一定的研究成果。 在Si基片和石英基片上采用射频磁控溅射方法制备了不同Cu掺杂量的ZnO薄膜，研究了Cu掺杂前后对薄膜结构特征的影响及不同Cu掺杂量对薄膜的光、电、磁学性质的影响。在试验中，用高纯度Ar气作为工作气体，用高纯ZnO（99.99%）靶作为溅射靶来制备薄膜，为了实现不同的Cu掺杂浓度，在溅射靶材表面均匀贴上Cu片，通过共溅射的方法制备Zn1-xCuxO薄膜,可以通过改变贴在靶材表面Cu片数量来改变掺杂量。 1.2 纳米结构ZnCuO铁磁性能的研究发展 1.3 纳米结构ZnCuO的制备方法 在已报道的文献中，我们可以发现许多不同的制备方法，如电化学沉积（ECD）、化学气相沉积（CVD）、水热法、分子束外延法（MBE）、溶胶凝胶法、以及磁控溅射沉积(MS)等，对于ZnO纳米材料的制备也早已不是一个新鲜的话题，但是随着ZnO材料性能及应用研究的不断深入，为满足对其的需求，有更新颖独特以及更丰富的制备工艺逐渐涌现出来。 2004年，王中林教授等人通过热蒸发制备了一系列具有独特形貌的ZnO纳米结构，并详细研究了ZnO纳米带的合成机理，其工作极具影响力，掀起了ZnO纳米材料的研究热潮，Yan等采用再水溶液中添加Al(NO3)3的方法，使其形成Al（OH）3吸附在生长的ZnO微米柱表面作为形核点，从而制备了三文的ZnO结构，Park等通过NH3腐蚀的方法合成除了优尔角状的超模有序ZnO纳米管，这些纳米管具有超薄的管壁，可作为阳极材料应用于锂离子电池中，Bin Fang等采用模板导向法制备出了中空的氧化锌纳米球，在纳米球内固定葡萄糖氧化酶，应用于葡萄糖传感器，Liu等人采用水热法，在表面活性剂CTAB的辅助下合成了哑铃状的氧化锌，并探讨了其合成机理，认为是由于CTAB的阻隔作用使得ZnO先呈段状独立生长，相聚较近的小段ZnO通过CTAB结合起来形成哑铃状。 对于Cu掺杂的ZnO纳米材料，由于在ZnO中Cu的固溶度比较低，因此实现Cu的有效掺杂往往比较困难，但是经过大量的研究人们也采用了许多方法成功的将Cu掺入到ZnO晶格中，如较为常见的有磁控溅射法、脉冲激光沉积法、水热法等，此外也有一些采用不太寻常的手段成功实现Cu掺杂的报道，如Selim等人采用一种非常独特的基于核转变的方法成功的将Cu掺入到ZnO单晶中，在获得的材料中Cu分布均匀，并且认为这是一种可以实现控制掺杂剂在晶格中位置的手段，Herng等人通过一种过滤的真空阴极电弧放电技术制备出了Cu掺杂的ZnO薄膜材料，并且在其生长过程中施加一个偏压使得制备出的n型Cu：ZnO薄膜具有较高的载流子浓度和较低的电阻率，Phan等则采用非常简单的金属热扩散的方法成功地将Cu掺入到ZnO中制备了ZnO的纳米柱，Gao等则采用先生长ZnO纳米线阵列，再通过溅射的方法在阵列上镀一薄层Cu，最后通过热处理使Cu扩散到ZnO内部的方法制备了不均匀掺杂的Cu：ZnO纳米线，并且研究了不均匀掺杂对磁学性能的影响。 (责任编辑：qin) |