《氮摻雜氧化物製備新型稀釋磁性半導體》是依託電子科技大學,由劉春明擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：氮摻雜氧化物製備新型稀釋磁性半導體
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉春明
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
理論計算結果表明，用氮摻雜氧化物（CaO、SiO2等）可獲得居里溫度高於室溫的新型稀釋磁性半導體材料。這種材料中不含磁性過渡金屬雜質，其磁性來源於氮雜質原子上局域磁矩之間的相互作用,因此是材料的本徵屬性，而不是來自磁性過渡金屬雜質的團簇、顆粒或其他磁性雜質相的貢獻。當前關於稀釋磁性半導體的實驗研究大多集中在磁性過渡金屬摻雜的樣品和含有本徵缺陷的樣品上，而對氮摻雜氧化物的實驗研究則鮮有報導。鑒於此，我們將研究的主要目標定為用氮摻雜氧化物（MgO、CaO、SiO2、ZnO、TiO2和SnO2）來製備稀釋磁性半導體材料。研究的內容主要包括氮摻雜氧化物樣品的製備、微結構、磁性、光吸收和光致發光性質、載流子類型及遷移率等的測量和分析。通過研究，希望清楚地認識氮摻雜氧化物中磁性的物理機制，獲得居里溫度遠高於室溫、對可見光具有高透射率的稀釋磁性半導體材料，把製備樣品的關鍵技術申請為發明專利。
結題摘要
以離子注入方法製備得到了鐵摻雜MgO單晶、氮摻雜ZnO納米線、氮摻雜SnO2薄膜、氮摻雜MgO、TiO2、ZnO、SiO2單晶樣品。利用X射線衍射、X射線光電子譜、傅立葉變換紅外光譜、拉曼光譜、原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡、台階儀等測試了樣品的物相結構、化學成分、形貌及膜厚，利用紫外-可見光吸收光譜、螢光光譜測試了樣品的光吸收性質和光螢光性質，利用四端或兩端法測量了樣品的導電性質，利用物性測量系統測試了樣品的磁性，利用SRIM程式計算了離子分布和缺陷的產生情況。研究發現，離子注入方法可以成功地將氮摻入到基質材料中，氮離子具有複雜的化學價態，一般可分為N-O、N-N、N-M，M為基質中的金屬元素；氮離子注入會使基質元素的分子結構發生明顯變化，紅外吸收譜發生明顯移動；由於注入離子的能量可以傳遞到非注入層，氮離子注入對非注入層起到退火的作用；對薄膜樣品，隨注入劑量的增加，衍射峰強度減小，這是因為薄膜樣品在注入後發生非晶化的結果；氮離子注入使TiO2、ZnO、SiO2吸收光譜的吸收邊發生紅移，可能是因為帶隙變窄或在帶隙中引入了雜質或缺陷能級，對MgO材料，在測試波長範圍內沒有發現影響；氮離子注入使ZnO的光致發光峰消失，對ZnO單晶在真空環境下進行氬離子刻蝕，可以使紫外發光強度提高99倍；氮注入對MgO、TiO2、SiO2、SnO2的螢光沒有明顯影響；除ZnO單晶外，氮注入可使MgO、TiO2、SiO2從抗磁性變為室溫鐵磁性，鐵磁性主要來源於氮離子和缺陷；氮注入ZnO即使在低溫77K依然為抗磁性，其原因是氮在ZnO中是一種深能級雜質，氮的2p態電子與氧的2p態電子交疊幾率很小，不能產生自旋極化；只有TiO2在氮注入後變為半導體，導電機制以變程躍遷為主。此外，還研究了CO2雷射輻照對熔石英（SiO2）微結構及雷射損傷特性的影響、SnxMnyO2粉體和氮注入TiO2薄膜的光致發光性質。
