鋅基半導(dǎo)體(如ZnO、ZnS和ZnFe2O4等)作為半導(dǎo)體家族的重要組成部分,在光、電、磁等各方面顯現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)異性能,因而在光電器件、自旋電子器件等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。元素?fù)诫s是提高材料自身物化性質(zhì)和器件性能的有效手段之一。在鋅基半導(dǎo)體的磁性研究方面：鋅基半導(dǎo)體通常不具有磁性,而摻雜過渡族金屬元素會使其產(chǎn)生微弱磁性,是典型的稀磁半導(dǎo)體。當(dāng)前有關(guān)ZnO稀磁半導(dǎo)體薄膜材料的研究主要局限于將樣品沉積在平面基底上。然而,在ZnO薄膜生長過程中,由于襯底和薄膜本身的晶格失配和熱膨脹系數(shù)不匹配,不可避免地會在界面處產(chǎn)生殘余應(yīng)力,從而影響樣品的結(jié)構(gòu)和性能。遺憾的是,目前研究薄膜應(yīng)力與稀磁半導(dǎo)體磁學(xué)性能關(guān)系的報(bào)道很少。將ZnO稀磁半導(dǎo)體材料交替沉積在有序膠體球陣列上,可以減小ZnO和基底之間的晶格失配,而雙元素共摻雜可以提高ZnO稀磁半導(dǎo)體的載流子濃度。因此,本文利用磁控濺射法將Cu、Co共摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體薄膜沉積在不同尺寸的有序膠體球陣列基底上,研究結(jié)構(gòu)、應(yīng)力、膠體球曲率和ZnO稀磁半導(dǎo)體光磁性能的影響。在鋅基半導(dǎo)體的光學(xué)性能研究方面：實(shí)現(xiàn)ZnO的三基色發(fā)射是制作ZnO白光LED的必要條...

【文章頁數(shù)】：127 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 半導(dǎo)體納米材料的研究進(jìn)展
        1.2.1 半導(dǎo)體納米材料的分類
        1.2.2 半導(dǎo)體納米材料的基本特性
        1.2.3 半導(dǎo)體納米材料的應(yīng)用
    1.3 稀磁半導(dǎo)體的研究進(jìn)展
        1.3.1 稀磁半導(dǎo)體的概念
        1.3.2 稀磁半導(dǎo)體的研究進(jìn)展
    1.4 鋅基半導(dǎo)體材料研究進(jìn)展
        1.4.1 ZnO納米材料研究進(jìn)展
        1.4.2 ZnFe₂O₄納米材料研究進(jìn)展
    1.5 鋅基半導(dǎo)體材料摻雜改性
        1.5.1 ZnO納米材料摻雜改性
        1.5.2 ZnFe₂O₄納米材料摻雜改性
    1.6 課題的研究背景、內(nèi)容及目的和意義
第二章 樣品的制備和表征
    2.1 引言
    2.2 實(shí)驗(yàn)材料來源及制備儀器
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料來源
        2.2.2 制備儀器
    2.3 樣品的制備
        2.3.1 溶膠-凝膠法
        2.3.2 水熱法
        2.3.3 磁控濺射法
    2.4 樣品表征手段
        2.4.1 X射線衍射儀分析
        2.4.2 掃描電鏡分析
        2.4.3 X射線光電子能譜分析
        2.4.4 振動樣品磁強(qiáng)計(jì)分析
        2.4.5 光致發(fā)光光譜
        2.4.6 紫外可見分光光度計(jì)(UV-Vis)
第三章 Cu、Co共摻雜ZnO薄膜體系研究
    3.1 引言
    3.2 襯底曲率對Cu、Co共摻雜ZnO薄膜結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性的影響
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)過程
        3.2.2 Cu、Co共摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體薄膜的XRD分析
        3.2.3 Cu、Co共摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體薄膜的光吸收光譜分析
        3.2.4 Cu、Co共摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體薄膜的光致發(fā)光分析
    3.3 Cu濃度對Cu、Co共摻雜ZnO多層膜結(jié)構(gòu)和磁學(xué)特性的影響
        3.3.1 實(shí)驗(yàn)過程
        3.3.2 Cu、Co共摻雜ZnO多層膜的XRD分析
        3.3.3 Cu、Co共摻雜ZnO多層膜的AFM分析
        3.3.4 Cu、Co共摻雜ZnO多層膜的XPS分析
        3.3.5 Cu、Co共摻雜ZnO多層膜的VSM分析
        3.3.6 Cu、Co共摻雜ZnO多層膜的光吸收光譜分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 Cu、Co及Cu、Al共摻雜ZnO顆粒體系研究
    4.1 引言
    4.2 Co摻雜對ZnCuO稀磁半導(dǎo)體納米顆粒結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響
        4.2.1 實(shí)驗(yàn)過程
        4.2.2 Cu、Co共摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體納米顆粒的XRD分析
        4.2.3 Cu、Co共摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體納米顆粒的XPS分析
        4.2.4 Cu、Co共摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體納米顆粒的PL分析
        4.2.5 Cu、Co共摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體納米顆粒的VSM分析
    4.3 燒結(jié)溫度對Zn_0.98Cu_0.01Co_0.01O結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響
        4.3.1 實(shí)驗(yàn)過程
        4.3.2 不同熱處理溫度對Zn_0.98Cu_0.01Co_0.01O樣品結(jié)構(gòu)的影響
        4.3.3 不同熱處理溫度對Zn_0.98Cu_0.01Co_0.01O樣品光學(xué)性質(zhì)的影響
        4.3.4 不同熱處理溫度對Zn_0.98Cu_0.01Co_0.01O樣品磁學(xué)性質(zhì)的影響
    4.4 燒結(jié)溫度對Zn_0.97Cu_0.02Al_0.01O結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響
        4.4.1 實(shí)驗(yàn)過程
        4.4.2 不同熱處理溫度對Zn_0.97Cu_0.02Al_0.01O樣品結(jié)構(gòu)的影響
        4.4.3 不同熱處理溫度對Zn_0.97Cu_0.02Al_0.01O樣品光學(xué)性質(zhì)的影響
        4.4.4 不同熱處理溫度對Zn_0.97Cu_0.02Al_0.01O樣品磁學(xué)性質(zhì)的影響
    4.5 燒結(jié)氣氛對Zn_0.97Cu_0.02Al_0.01O結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響
        4.5.1 實(shí)驗(yàn)過程
        4.5.2 燒結(jié)氣氛對Zn_0.97Cu_0.02Al_0.01O結(jié)構(gòu)的影響
        4.5.3 燒結(jié)氣氛對Zn_0.97Cu_0.03Al_0.01O光學(xué)性質(zhì)的影響
        4.5.4 燒結(jié)氣氛對Zn_0.97Cu_0.03Al_0.01O磁學(xué)性質(zhì)的影響
    4.6 本章小結(jié)
第五章 Eu³⁺和Y³⁺摻雜對ZnO納米結(jié)構(gòu)光學(xué)性能的影響
    5.1 引言
    5.2 ZnO：Eu³⁺石墨烯狀納米薄片的制備及光學(xué)性能研究
        5.2.1 ZnO：Eu³⁺石墨烯狀納米薄片的制備
        5.2.2 ZnO：Eu³⁺石墨烯狀納米薄片的結(jié)構(gòu)表征
        5.2.3 ZnO：Eu³⁺石墨烯狀納米薄片的光學(xué)性能研究
        5.2.4 ZnO：Eu³⁺石墨烯狀納米薄片的發(fā)光機(jī)制
    5.3 Y³⁺摻雜對ZnO納米顆粒的結(jié)構(gòu)及光學(xué)性能的影響
        5.3.1 Y³⁺摻雜對ZnO納米顆粒的制備
        5.3.2 ZnO：Y³⁺納米顆粒的結(jié)構(gòu)表征
        5.3.3 Y³⁺摻雜對ZnO納米顆粒的光學(xué)性能的影響
    5.4 本章小結(jié)
第六章 Eu³⁺和Nd³⁺摻雜對ZnFe₂O₄納米顆粒磁性的影響
    6.1 引言
    6.2 樣品制備及其表征方法
    6.3 Eu³⁺摻雜濃度對ZnFe₂O₄納米顆粒結(jié)構(gòu)和磁性的影響
    6.4 燒結(jié)溫度對ZnFe_1.97Eu_0.03O₄納米顆粒結(jié)構(gòu)和磁性的影響
    6.5 Eu³⁺和Nd³⁺摻雜對ZnFe₂O₄納米顆粒結(jié)構(gòu)和磁性的影響
    6.6 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)及進(jìn)一步工作建議
    7.1 結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 進(jìn)一步工作建議
參考文獻(xiàn)
致謝
在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他科研成果



本文編號：3870348