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．     

Co掺杂ZnO稀磁半导体的微观结构与磁学性质

用溶胶-凝胶方法制备了具有单一纤锌矿结构的Co掺杂ZnO稀磁半导体粉末样品.通过对样品的结构、元素价态、电学和磁学性质的分析,研究了样品室温铁磁性来源.研究结果表明,2次烧结的样品比1次烧结样品的磁化强度明显增强;观测到的铁磁性与ZnO本征缺陷(Zn空位)有关,铁磁性起源于局域化受主(Zn空位)之间的交换相互作用.     

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.     

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.     

掺Ni的AlN薄膜稀磁半导体的制备及磁性研究

采用射频磁控溅射的方法制备掺Ni的AlN薄膜Al1-xNixN(x=0.021、0.047、0.064、0.082),薄膜样品沿AlN(100)晶向生长.利用振动样品磁强计研究其磁性能,发现样品在室温下均具有铁磁性,随Ni掺杂量的增加,饱和磁矩先减小后增大,最大矫顽力达104Oe.结合X线光电子能谱分析,推断掺杂Ni原子进入AlN晶格取代了Al的位置,样品的铁磁性可以用Ni与相邻N原子之间的p-d杂化机制来解释.     

氧化锌的p型掺杂和室温稀磁特性研究

众所周知,氧化锌它是半导体组成材料之一,可以直接作为原材料使用.该材料潜能非常大,可以在激子作用下产生巨大的能量.它的特性决定了它在日后的使用方向,是短波长光电最佳的选择材料.将氧化锌进行掺杂可以将其当成基光电器件必备条件之一.在不断研究中已经取得一定的成效,但是从它长远上分析,它比较难以实现p型掺杂,该文分析了其原因,并且分析了它的室温稀磁特性,为工业生产奠定基础.     

氧分压对Zn0.99Mn0.01O稀磁薄膜结构和磁学特性的影响

采用脉冲激光沉积技术在Al2O3衬底上制备了Mn掺杂的ZnO稀磁薄膜.通过不同氧压下所制备样品的微观结构、光学性质和铁磁特性分析,研究了氧分压对Zn0.99Mn0.01O稀磁薄膜微观结构和磁学特性的影响.结果表明,所沉积薄膜均具有良好的c轴择优取向.在氧分压为5 Pa时得到的(002)衍射峰半高宽最小,但薄膜的室温铁磁...     

V掺杂ZnO薄膜的室温铁磁性

采用磁控溅射法在Si基底上制备了Zn1-xVxO系列薄膜样品,X射线衍射表明所有样品都具有纤锌矿结构,没有发现其他的衍射峰存在.研究发现,c轴晶格常数随着掺杂浓度的增加而增大.原子力显微镜测量表明样品中的颗粒分布均匀,没有发现团聚物.磁性测量表明,直接沉积的样品具有顺磁性,而经真空退火的所有样品都具有明显的室温铁磁性,且随着掺杂浓度的增加,样品的饱和磁化强度增加.     

稀土掺杂氮化铝稀磁半导体纳米颗粒的高压相变研究

利用金刚石对顶砧和原位角散高压同步辐射X射线衍射技术,对电弧法制备的、稀土元素钪和钇掺杂的氮化铝(AlN)纳米颗粒进行了最高压力分别为51.29 GPa和33.80 GPa的高压相变研究.实验结果表明:钪和钇掺杂的AlN分别在压力为20.09 GPa和19.70 GPa时发生由六方纤锌矿结构向立方岩盐矿结构的转变,在压力分别为28.12 GPa和28.60 GPa时完全转变为立方岩盐矿结构;卸压后,岩盐矿结构保留下来,相变过程不可逆.通过对比研究我们发现,相同制备条件、相同形貌和尺寸的两个样品的相变点较之AlN纳米线均有所降低,高于AlN纳米晶,接近于AlN体材料,相变开始到结束的时间间隔缩短.对比两个实验结果,掺杂具有大离子半径的钇的样品相变点低于掺杂离子半径较小的钪的样品.结合原位角散高压X射线衍射研究结果,我们认为掺杂引起相变点降低是由于掺杂后引入的杂质离子及其诱导产生的铝空位导致AlN晶格结构畸变进而降低了掺杂AlN晶体结构的稳定性.     

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。     

N掺杂SiC薄膜的制备及磁有序

采用磁控溅射技术制备了N掺杂SiC薄膜,利用X线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、物理特性测试系统对薄膜成分、结构、磁性进行了表征.结果表明,N掺杂SiC薄膜具有室温铁磁性,N掺杂含量对薄膜的室温铁磁性具有很大的影响,薄膜室温铁磁性可能是由于N替代C来控制Si空位缺陷的电荷态和自旋极化产生的.     

Co掺杂ZnO薄膜退火前后的磁性研究

室温下采用磁控溅射的方法在Al2O3(0001)基片上制备了不同Co含量掺杂的ZnO稀磁半导体薄膜Zn1-xCoxO(x=3%,6%,8%),并进行了500℃的后期真空退火处理.采用X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)和振动样品磁强计(VSM)研究了薄膜的结构、光学和磁学性能.结果表明,磁控溅射制备的ZnCoO薄膜中,Co2+离子占据了ZnO中Zn2+离子的位置,但没有改变ZnO的纤锌矿晶体结构,也没有第二杂质相的出现.退火前后薄膜均显示室温铁磁性且磁性大小随Co含量的变化呈相反趋势.磁性大小与晶面间距有一定的关系,分析后认为磁性机制符合束缚磁极子(BMP)模型.     

Cr掺杂闪锌矿AlP半导体的电子结构及磁性研究

在共轭梯度近似（GGA）下，采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法，对Cr掺杂闪锌矿AlP半导体的基态电子结构和磁性进行研究．结果发现，Al0.5Cr0.5P体系具有显著的半金属特征，晶胞总磁矩为3μB／Cr．这对在半导体工业中实现自旋载流子注入具有一定的理论价值。     

Cr掺杂闪锌矿AlP半导体的电子结构及磁性研究

在共轭梯度近似（GGA）下，采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法，对Cr掺杂闪锌矿AlP半导体的基态电子结构和磁性进行研究．结果发现，Al0.5Cr0.5P体系具有显著的半金属特征，晶胞总磁矩为3μB／Cr．这对在半导体工业中实现自旋载流子注入具有一定的理论价值。     

掺杂银的纳米二氧化钛的制备及其光催化性能

以钛酸四丁酯、硝酸银为原料,通过溶胶—凝胶(Sol-gel)法制备了掺杂不同含量银的TiO2纳米粉体,并采用XRD、HRTEM、FT-IR手段对样品进行结构表征.XRD结果表明,掺杂银和未掺杂的TiO2纳米粉体均为四方相锐钛矿型,平均粒径大约为6-12 nm.适量银的掺杂有效抑制了粒径的增大以及向金红石型的相转化.光催化活性实验结果显示,掺银的TiO2比纯TiO2对有机染料刚果红的光催化降解活性明显提高,且银的最佳掺杂量是3%.此外,样品3%Ag-TiO2对次甲基兰和罗丹明B显示出较高的光催化活性,而对甲基橙的光催化活性不明显,原因可能与染料分子的不同结构有关.     

TiO_2超微粒光学特性的研究

本文首次报导了表面包覆硬脂酸(ST)分子的TiO_2超微粒甲苯溶胶的吸收光谱、激发光谱和光致发光谱。观察到的吸收带边红移现象与通常关于半导体超微粒的光学特性结论相反,对此进行了初步的理论分析。     

等离子体TiO_2催化空气净化试验研究

为了既能够很好地除尘,又能有效地降解挥发性有机物(VOCs),并能灭菌消毒,提出了一种集3个功能于一体的等离子体放电催化室内空气净化技术。在模拟室内对3种不同的放电催化区进行了甲醛的净化试验。试验结果表明,等离子体放电催化降解甲醛的反应过程符合一级动力学规律;等离子体放电催化协同作用降解甲醛的效果明显优于等离子体单独作用;正极性放电降解甲醛的效果明显优于负极性放电;甲醛降解速率与电压近似呈线性关系;纳米TiO2显著降低了放电产生的臭氧体积分数。     

Cu~(2+)/TiO_2纳米溶胶制剂光催化性能

以无机钛盐为原料,采用凝胶-溶胶法,制备二氧化钛纳米溶胶和掺入不同质量分数铜的Cu2+/TiO2纳米溶胶,对其进行表征。通过对甲基蓝光催化降解,对Cu2+/TiO2纳米溶胶和TiO2纳米溶胶的光催化活性进行比较,考察了聚合反应时间、表面活性剂、光照时间和强度、薄膜厚度、掺入铜离子浓度等因素对TiO2溶胶光催化活性的影响。结果表明,掺铜TiO2纳米溶胶的光催化活性较高,光催化性能优良,铜掺杂量为0.5%时效果较好。     

过渡金属掺杂CuGaS2的磁学性质

应用基于自旋极化的第一性原理系统地对3d过渡金属(TM=V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)掺杂CuGaS2的磁学性质进行理论计算.通过对过渡金属对CuGaS2掺杂,在铁磁状态下取代不同离子(Cu和Ga)结合能的比较,我们发现:过渡金属在CuGaS2中比较容易占据Ga的位置.通过对稀磁半导体(DMS)磁性稳定性的研究,可以发现到:在Cr、Mn掺杂的CuGaS2中,DMS表现为铁磁状态,其居里温度将可能高于(Ga,Mn)As,其他过渡金属掺杂时,DMS则表现为反铁磁状态.并验算了一条判断DMS磁性状态的简单规律.