过渡元素掺杂纳米锌基半导体材料的合成及掺杂行为对光/磁特性影响研究

发布时间：2023-12-03 20:32

　　锌基半导体(如ZnO、ZnS和ZnFe2O4等)作为半导体家族的重要组成部分,在光、电、磁等各方面显现出独特的优异性能,因而在光电器件、自旋电子器件等领域展现出巨大的应用前景。元素掺杂是提高材料自身物化性质和器件性能的有效手段之一。在锌基半导体的磁性研究方面：锌基半导体通常不具有磁性,而掺杂过渡族金属元素会使其产生微弱磁性,是典型的稀磁半导体。当前有关ZnO稀磁半导体薄膜材料的研究主要局限于将样品沉积在平面基底上。然而,在ZnO薄膜生长过程中,由于衬底和薄膜本身的晶格失配和热膨胀系数不匹配,不可避免地会在界面处产生残余应力,从而影响样品的结构和性能。遗憾的是,目前研究薄膜应力与稀磁半导体磁学性能关系的报道很少。将ZnO稀磁半导体材料交替沉积在有序胶体球阵列上,可以减小ZnO和基底之间的晶格失配,而双元素共掺杂可以提高ZnO稀磁半导体的载流子浓度。因此,本文利用磁控溅射法将Cu、Co共掺杂ZnO稀磁半导体薄膜沉积在不同尺寸的有序胶体球阵列基底上,研究结构、应力、胶体球曲率和ZnO稀磁半导体光磁性能的影响。在锌基半导体的光学性能研究方面：实现ZnO的三基色发射是制作ZnO白光LED的必要条...

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 半导体纳米材料的研究进展
        1.2.1 半导体纳米材料的分类
        1.2.2 半导体纳米材料的基本特性
        1.2.3 半导体纳米材料的应用
    1.3 稀磁半导体的研究进展
        1.3.1 稀磁半导体的概念
        1.3.2 稀磁半导体的研究进展
    1.4 锌基半导体材料研究进展
        1.4.1 ZnO纳米材料研究进展
        1.4.2 ZnFe₂O₄纳米材料研究进展
    1.5 锌基半导体材料掺杂改性
        1.5.1 ZnO纳米材料掺杂改性
        1.5.2 ZnFe₂O₄纳米材料掺杂改性
    1.6 课题的研究背景、内容及目的和意义
第二章 样品的制备和表征
    2.1 引言
    2.2 实验材料来源及制备仪器
        2.2.1 实验材料来源
        2.2.2 制备仪器
    2.3 样品的制备
        2.3.1 溶胶-凝胶法
        2.3.2 水热法
        2.3.3 磁控溅射法
    2.4 样品表征手段
        2.4.1 X射线衍射仪分析
        2.4.2 扫描电镜分析
        2.4.3 X射线光电子能谱分析
        2.4.4 振动样品磁强计分析
        2.4.5 光致发光光谱
        2.4.6 紫外可见分光光度计(UV-Vis)
第三章 Cu、Co共掺杂ZnO薄膜体系研究
    3.1 引言
    3.2 衬底曲率对Cu、Co共掺杂ZnO薄膜结构和光学特性的影响
        3.2.1 实验过程
        3.2.2 Cu、Co共掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的XRD分析
        3.2.3 Cu、Co共掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的光吸收光谱分析
        3.2.4 Cu、Co共掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的光致发光分析
    3.3 Cu浓度对Cu、Co共掺杂ZnO多层膜结构和磁学特性的影响
        3.3.1 实验过程
        3.3.2 Cu、Co共掺杂ZnO多层膜的XRD分析
        3.3.3 Cu、Co共掺杂ZnO多层膜的AFM分析
        3.3.4 Cu、Co共掺杂ZnO多层膜的XPS分析
        3.3.5 Cu、Co共掺杂ZnO多层膜的VSM分析
        3.3.6 Cu、Co共掺杂ZnO多层膜的光吸收光谱分析
    3.4 本章小结
第四章 Cu、Co及Cu、Al共掺杂ZnO颗粒体系研究
    4.1 引言
    4.2 Co掺杂对ZnCuO稀磁半导体纳米颗粒结构和性质的影响
        4.2.1 实验过程
        4.2.2 Cu、Co共掺杂ZnO稀磁半导体纳米颗粒的XRD分析
        4.2.3 Cu、Co共掺杂ZnO稀磁半导体纳米颗粒的XPS分析
        4.2.4 Cu、Co共掺杂ZnO稀磁半导体纳米颗粒的PL分析
        4.2.5 Cu、Co共掺杂ZnO稀磁半导体纳米颗粒的VSM分析
    4.3 烧结温度对Zn_0.98Cu_0.01Co_0.01O结构和性质的影响
        4.3.1 实验过程
        4.3.2 不同热处理温度对Zn_0.98Cu_0.01Co_0.01O样品结构的影响
        4.3.3 不同热处理温度对Zn_0.98Cu_0.01Co_0.01O样品光学性质的影响
        4.3.4 不同热处理温度对Zn_0.98Cu_0.01Co_0.01O样品磁学性质的影响
    4.4 烧结温度对Zn_0.97Cu_0.02Al_0.01O结构和性质的影响
        4.4.1 实验过程
        4.4.2 不同热处理温度对Zn_0.97Cu_0.02Al_0.01O样品结构的影响
        4.4.3 不同热处理温度对Zn_0.97Cu_0.02Al_0.01O样品光学性质的影响
        4.4.4 不同热处理温度对Zn_0.97Cu_0.02Al_0.01O样品磁学性质的影响
    4.5 烧结气氛对Zn_0.97Cu_0.02Al_0.01O结构和性质的影响
        4.5.1 实验过程
        4.5.2 烧结气氛对Zn_0.97Cu_0.02Al_0.01O结构的影响
        4.5.3 烧结气氛对Zn_0.97Cu_0.03Al_0.01O光学性质的影响
        4.5.4 烧结气氛对Zn_0.97Cu_0.03Al_0.01O磁学性质的影响
    4.6 本章小结
第五章 Eu³⁺和Y³⁺掺杂对ZnO纳米结构光学性能的影响
    5.1 引言
    5.2 ZnO：Eu³⁺石墨烯状纳米薄片的制备及光学性能研究
        5.2.1 ZnO：Eu³⁺石墨烯状纳米薄片的制备
        5.2.2 ZnO：Eu³⁺石墨烯状纳米薄片的结构表征
        5.2.3 ZnO：Eu³⁺石墨烯状纳米薄片的光学性能研究
        5.2.4 ZnO：Eu³⁺石墨烯状纳米薄片的发光机制
    5.3 Y³⁺掺杂对ZnO纳米颗粒的结构及光学性能的影响
        5.3.1 Y³⁺掺杂对ZnO纳米颗粒的制备
        5.3.2 ZnO：Y³⁺纳米颗粒的结构表征
        5.3.3 Y³⁺掺杂对ZnO纳米颗粒的光学性能的影响
    5.4 本章小结
第六章 Eu³⁺和Nd³⁺掺杂对ZnFe₂O₄纳米颗粒磁性的影响
    6.1 引言
    6.2 样品制备及其表征方法
    6.3 Eu³⁺掺杂浓度对ZnFe₂O₄纳米颗粒结构和磁性的影响
    6.4 烧结温度对ZnFe_1.97Eu_0.03O₄纳米颗粒结构和磁性的影响
    6.5 Eu³⁺和Nd³⁺掺杂对ZnFe₂O₄纳米颗粒结构和磁性的影响
    6.6 本章小结
第七章 结论、创新点及进一步工作建议
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 进一步工作建议
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文及其他科研成果



本文编号：3870348