ZnO基稀磁半导体的研究进展

现在的信息技术主要利用电子的电荷自由度去处理和传输信息,利用电子的自旋自由度去存储信息.而稀磁半导体同时利用了电子的电荷属性和自旋属性进行信息处理和存储,使其成为了一类新型的半导体.稀磁半导体具有很多特殊的性质,在高密度存储器、半导体集成电路、半导体激光器和量子计算机等领域将会有广阔的应用前景.本文主要介绍了近年来世界各国研究小组采用不同方法合成的ZnO基稀磁半导体,对其磁性进行了系统研究,分析了铁磁性产生的机理.     

烧结温度对Co掺杂ZnO稀磁半导体性能的影响

通过溶胶—凝胶法制备了Co掺杂ZnO稀磁半导体纳米颗粒,利用X射线衍射仪、透射电子显微镜和振动样品磁强计等测试手段对Co掺杂ZnO稀磁半导体样品进行了结构和磁性表征.结果表明,随着烧结温度的升高,样品的固溶度逐渐增加.当样品的烧结温度为800℃时,样品为单相的ZnO结构.磁性测试结果表明,Co掺杂ZnO稀磁半导体在室温下具有铁磁性.     

过渡金属掺杂ZnO基稀磁半导体的研究进展

简要介绍了ZnO基稀磁半导体（DMSs）材料的最新研究进展,指出了该领域的研究热点和存在的问题,提出了可能的解决方案,并在此基础上对DMSs的潜在应用前景进行了论述。     

Cu掺杂ZnO纳米线的制备与性能研究

利用碳热还原法制备了纳米线结构的Cu掺杂ZnO基稀磁半导体.通过X射线衍射分析表明,样品为纯相ZnO纤锌矿结构.扫描电镜结果表明所生长的纳米线直径在50~300 nm之间.磁性测量表明样品在室温下呈现室温铁磁性.     

C掺杂ZnO稀磁半导体的磁特性研究

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,研究C掺杂ZnO稀磁半导体的磁性质.发现ZnO∶C体系的磁性来源于C-p和Zn-d轨道之间的杂化,铁磁性产生的机制是以巡游电子为媒介的铁磁交换作用.富O环境下制备ZnO∶C样品能够更好地在室温下得到稳定的铁磁有序.     

IV-VI族稀磁半导体的磁化理论

简单介绍了IV-VI族稀磁半导体的特性。IV-VI族稀磁半导体的自发磁化、矫顽力和居里温度等性质可由载流子浓度调节。对制造技术导致的缺陷反应迟钝用常规制备方法就可以制备IV-VI族稀磁半导体。作为一种磁离子和载流子能被分别导入和控制的稀磁半导体,IV-VI族稀磁半导体有利于研究稀磁半导体中的铁磁特性。给出了IV-VI族稀磁半导体由独立磁离子杂质、相邻杂质相互作用、晶格反磁性和载流子自旋密度四部分作用组成的总磁化强度的各部分的数学表达式。     

Co掺杂对Zn1-xCoxO稀磁半导体光学性质的影响

溶胶-凝胶法制备了Co掺杂的ZnO基稀磁半导体,研究其粉体和薄膜的结构和光学特性.X射线衍射结果表明Co2 随机替代Zn2 位置进入ZnO晶格,并引起晶格常数的变化.紫外-可见透射光谱表明样品的禁带宽度随着Co掺杂浓度的增大呈现非单调变化规律,低浓度掺杂样品的光学带隙随掺杂浓度增大而减小(红移),这是由于Co2 替代Zn2 ,局域d电子与能带电子之间的sp-d交换耦合引起的.     

ZnO基稀磁半导体纳米薄膜材料的研究进展

目的 综述ZnO基稀磁半导体(DMS)纳米薄膜材料的研究进展概况,揭示本研究领域存在的某些问题,并在此基础上分析其发展前景.方法 参考58篇相关文献,对其结构和掺杂体系进行总结和比较.结果 从ZnO基DMS纳米薄膜材料的制备方法、掺杂其它元素两方面进行了综述,并指出了目前研究中存在的问题,即难以合成出高质量均匀掺杂的样品;磁性来源问题尚未形成统一的定论;探求影响磁学性质的本质的微观因素需要深入研究,以及制备样品的重复率不高.结论 具有室温铁磁性的DMS是自旋电子学应用的基础,它是利用载流子的自旋和电荷自由度构造将磁、电集于一体的半导体器件.其研究虽有长足发展,但是要制备出比较理想的ZnO基DMS纳米薄膜材料的技术目前看来还不够成熟,依然需要深入研究.     

V掺杂ZnO基稀磁半导体的结构及磁性研究

利用溶胶-凝胶法制备前驱体,并在空气气氛中进行热处理,合成了具有六方纤锌矿结构的纯相ZnO及V掺杂ZnO纳米颗粒.分别用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)等测试手段对样品的结构、形貌和磁学性质进行表征测试.结果表明,V掺杂使晶格常数明显变小,同时抑制了晶粒的生长,没有发现第二相的存在.经过分析,认为V掺杂ZnO基稀磁半导体的铁磁性是其本质特性.     

《中国学术期刊文摘》(中文版)综述文摘选登

稀磁半导体的研究进展赵建华(中国科学院半导体研究所,半导体超晶格国家重点实验室,北京100083)主要介绍了III-V族稀磁半导体(Ga,Mn)As的研究进展,包括(Ga,Mn)As的生长制备、基本磁性质、磁输运特征、磁光性质、磁性起源、相关的异质结构和自旋注入等,同时还简单介绍了其他稀磁半导体如IV族、III-VI族和IV-VI族等稀磁半导体的研究进展,在文章的最后描述了理想的稀磁半导体应该具备的特征以及对未来的展望。     

采用溶胶—凝胶法制备ZnO:Fe~(3+)薄膜

采用溶胶—凝胶法,在S i(111)衬底上制备了ZnO:Fe3+薄膜,研究了不同退火工艺对其微结构的影响.磁性测量表明,制备的3%以下掺铁样品在室温下具有铁磁性,随着Fe3+浓度的提高,饱和磁化强度增长.     

Research progress in ZnO single-crystal: growth,scientific understanding,and device applications

Zinc oxide, a wide band-gap semiconductor, has shown extensive potential applications in high-efficiency semiconductor photoelectronic devices, semiconductor photocatalysis, and diluted magnetic semiconductors. Due to the undisputed lattice integrity, ZnO single crystals are essential for the fabrication of high-quality ZnO-based photoelectronic devices, and also believed to be ideal research subjects for understanding the underlying mechanisms of semiconductor photocatalysis and diluted magnetic semiconductors. This review, which is organized in two main parts, introduces the recent progress in growth, basic characterization, and device development of ZnO single crystals, and some related works in our group. The first part begins from the growth of ZnO single crystal, and summarizes the fundamental and applied investigations based on ZnO single crystals. These works are composed of the fabrication of homoepitaxial ZnO-based photoelectronic devices, the research on the photocatalysis mechanism, and dilute magnetic mechanism. The second part describes the fabrication of highly thermostable n-type ZnO with high mobility and high electron concentration through intentional doping. More importantly, in this part, a conceptual approach for fabricating highly thermostable p-type ZnO materials with high mobility through an integrated three-step treatment is proposed on the basis of the preliminary research.     

Zn1-xCrxO稀磁半导体薄膜的制备及磁性研究

采用磁控交替溅射方法和真空退火处理制备了Zn1-xCrxO薄膜,利用全自动X射线衍射仪和物理性质测量仪对样品的结构、晶粒尺寸及磁性等进行了测量和标度,得到了具有室温磁性的掺Cr的氧化锌基稀磁半导体.     

Magnetoresistive sensors with hybrid Co/insulator/ZnO:Co junctions

Magnetic tunnel junctions (MTJs), as the seminal spintronic devices, are expected for applications in magnetoresistive sensors due to their large magnetoresistance (MR) and high field sensitivity. Two hybrid Co/insulator/ZnO:Co junctions were fabricated with two different barriers to investigate the magneto-transport properties. Experimental results indicate that, both Co/MgO/ZnO:Co and Co/ZnO/ZnO:Co junctions show the positive and nearly linear MR, and their tunnel magnetoresistances (TMR) are 21.8% and 13.6%, respectively, when the current is applied perpendicular to the film plane under the magnetic field of 2 T at 4 K. The nonlinearity of MR is less than 1% within the magnetic field (H) of 1 kOe < H < 12 kOe at low temperature, making them attractive as magnetoresistive sensors. The higher MR of Co/MgO/ZnO:Co junctions is due to the superior spin filtering effect and larger effective barrier height of the MgO barrier. This linear MR characteristic of Co/insulator/ZnO:Co structures shows a promising future on the applications of diluted magnetic semiconductors in magnetoresistive sensors.     

掺杂氮化铝中局域磁矩的第一性原理计算

理想的稀磁半导体具有良好的室温铁磁性,氮化铝(AlN)稀磁半导体虽然具有宽的带隙和透光性,但由实验重复性差等原因,一直未得到广泛的应用.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算掺杂硼(B)的AlN中局域磁矩的变化规律.通过分析电子结构发现,掺杂B后的AlN稀磁半导体中出现了明显的局域磁矩,其大小为2μB.     

III-V稀磁半导体研究进展

低温分子束外延技术的应用，使高浓度掺杂的Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体得以成功制备，与现代半导体器件兼容．本概要地回顾了磁性半导体的发展历史，介绍了目前的实验，应用及理论进展．