ZnO基纳米稀磁半导体及CdS纳米半导体的制备与性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:ganlu0416
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金属氧化物、Ⅲ-Ⅴ、Ⅱ-Ⅵ等纳米半导体材料的有别于块体的独特的功能性质已广泛应用于诸多领域,是当今先进材料领域的研究前沿与热点之一。纳米稀磁(DMSs)半导体由于非磁性半导体中的部分原子被微量过渡金属或稀土元素等具有固有磁矩的顺磁性离子取代,顺磁性离子的局域磁矩将会与带电电子形成强的自旋-自旋交互作用,而兼具有半导体和磁性材料的性质,其电荷和电子自旋在自旋电子器件中具有潜在的应用。同时稀磁半导体还具有磁光电效应、磁性离子和载流子交换互作用所引起的巨g因子效应、巨法拉第旋光效应等许多新的物理效应,所以稀磁半导体的研究不仅丰富磁学和半导体理论,同时为一些新技术的发展提供了有利的条件,而引起了众多科研工作者的关注。2000年Dietl预言了过渡金属掺杂ZnO基稀磁半导体存在室温铁磁性的理论,再次掀起了研究者对Zn0性质的研究的高潮。目前,在ZnO基的稀磁半导体的研究体系中,Fe、Co、Ni、Mn、Cu等多种过渡金属元素已经作为掺杂对象进入研究者的视野同样,CdS也是一种非常重要的Ⅱ-Ⅵ族半导体,其禁带宽度为2.42eV。由于物理、化学性质与材料本身的尺寸有关,而引起广泛关注在光敏电阻、光学传感器、光催化、太阳能电池、生物医学和电致发光器件等方面有着广泛的应用前景,被认为是最具有前景的材料之一。采用水热法成功制备了不同掺杂浓度的Zn1-xFexO.Zn1-xNi1-xO(x=0、0.01、0.05、0.10和0.20)纳米稀磁半导体材料和CdS纳米半导体,并利用X射线衍射(XRD)对样品的京格参数进行了表征;利用透射电子显微镜(TEM)和相应选区电子衍射(SAED)观察了样品的形貌及微观结构;由X射线能量色散分析谱仪(XEDS)测定了样品的组成元素;依据拉曼光谱(Raman)分析了样品的结构;采用紫外可见分光光度计(UV-vis)口光致发光光谱(PL)对样品的光学性能进行了分析;样品的磁滞回线由振动样品磁强计(VSM)进行测量。结果分析表明:随着Fe离子的掺入,Zn1-xFexO样品的光学带隙减小,发生了红移现象;紫外峰向低能移动,PL光谱发生了猝灭现象;掺杂浓度较低时,样品呈现出顺磁性,掺杂浓度较高时,可以形成更加有序的铁磁性排列。Zn1-xNixO样品的光学带隙随着掺杂浓度的增加先增加后减小;存在明显的室温铁磁性,饱和磁化强度都随着Ni2+掺杂量的增加而呈现出先增加后减小的趋势,同时样品的单个镍原子的磁矩是逐渐下降的。另外,对CdS纳米棒的形成机理进行了初步探讨,提出了CdS纳米棒的生长模型。
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