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金属离子掺杂对ZnO晶体生长和性能的影响

作　者: 王伟伟
导　师: 韦志仁
学　校: 河北大学
专　业: 光学工程
关键词: ZnO晶体水热合成稀磁半导体极性生长磁性
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文采用水热法,以3mol·L-1KOH作为矿化剂,填充度为35%,温度为430℃,在前驱物ZnO或自制Zn(OH)2中添加一定量Mn、Co磁性过渡族金属离子和Sn、In、Cu离子共掺杂,反应24小时合成各种掺杂的ZnO晶体。实验发现,反应溶液中加入碱土金属离子Mg、Ca可以有效控制ZnO的c轴极性生长速度,使合成的晶体大面积显露正负极面,有利于减少晶体缺陷,提高结晶质量。溶液中In离子不仅可以改善晶体形貌特征,使晶体光滑,结构完整,呈现规则对称的薄片状六棱形,而且霍尔测量显示大大增加了其载流子浓度,首次用水热法实现n型ZnO。本文通过调整掺杂元素,制备出了各种掺杂的ZnO。通过X光能谱测量显示,Mn、Co可以较大比例均匀掺入ZnO晶体,而Sn、In、Cu等受电荷补偿、体积补偿等效应,只能微量掺入ZnO。采用SQUID进行磁性测量,发现Mn与Co、Cu、Sn共掺杂晶体没有室温铁磁性,居里温度小于50K,显示反铁磁性和高温顺磁性。Co、Cu共掺杂的磁化强度随温度变化很小,有较弱的室温铁磁性特征。而Co、Sn共掺杂ZnO晶体在室温存在磁滞回线,但没有磁饱和现象,显示顺磁性和铁磁性共存。水热合成Sn掺杂ZnO晶体,随着掺杂量的提高,出现了不同形貌的晶形。Sn离子可有效控制晶体正极面生长速度,掺杂量超过2%时,出现少量SnO2棒状晶体。磁性测量显示顺磁性。当前驱物为自制Zn(OH)2时,合成出类似冰激凌形状的ZnO晶体,直观显示了ZnO的极性生长和自我完善的生长过程。

金属离子掺杂对ZnO晶体生长和性能的影响

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