[發明專利]一維介孔晶的ZnO基稀磁半導體及其制備方法

無效

• 申請號: 201010258311.X
• 申請日: 2010-08-20
• 公開（公告）號: CN101913646A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 戴李宗;肖文軍;吳廷華;許一婷;羅偉昂
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 陳永秀;馬應森

技術領域

本發明涉及一種半導體，尤其是涉及一種一維介孔晶的ZnO基稀磁半導體及其制備方法。

背景技術

稀磁半導體(DMSs)是指由磁性過渡金屬或稀土金屬元素(例如：Mn、Fe、Co、Ni、Cr及Eu等)部分替代II-VI族、IV-VI族、或III-V族等半導體中的部分元素后所形成的一類新型半導體材料。目前，人們主要研究的是II-VI和III-V族化合物基的DMSs，半導體基一般有GaAs、InAs、GaSb、GaN、GaP、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe等。

作為一種傳統的寬帶隙半導體材料，ZnO以其優異的性能在很多領域成為了研究的熱門，尤其是最近以來，ZnO基DMSs以其在自旋電子學中巨大的潛在應用前景引起了世界上眾多科研工作者的廣泛關注。DMSs能否在室溫下依舊保持鐵磁性是決定其是否具有實用性的關鍵。2000年，Dietl等人(T.Dietl，H?Ohno，F.Matsukura，J.Cibert，D.Ferrand，Zener?Model?Description?of?Ferromagnetism?in?Zinc-Blende?Magnetic?Semiconductors，Science，2000，287(11)：1019-1022)利用Zener模型預言了p型導電的Mn摻雜ZnO在室溫以上顯示鐵磁性，這是ZnO在DMSs領域的一個重要的里程碑，從此掀起了ZnO基DMSs研究的熱潮。此后，用過渡金屬V、Ni、Co、Mn、Cr及Fe等對ZnO進行摻雜制備具有室溫鐵磁性的材料已經有了一些報道。ZnO基DMSs納米結構的制備方法主要有分子束外延、脈沖激光沉積、化學氣相沉積等。但是，這些方法存在設備昂貴、制備工藝復雜等缺點，從而限制了ZnO基DMSs及相應的自旋電子器件的研發和應用。因此，尋找簡單有效、價格低廉制備ZnO基DMSs的方法，不僅有利于促進對ZnO基DMSs的基礎研究，而且有利于ZnO基自旋電子器件的研發和應用。液相法是一種方便、有效的制備ZnO納米材料的方法。并且，液相法具有可低溫下制備、可規?；a、可化學修飾等優點，成為人們制備ZnO基DMSs的重要手段。最近，室溫離子液體，作為一種非揮發性溶劑已經成功用于一維ZnO納米材料的制備，室溫離子液體是一種不可燃、強極性、熱穩定性高、可設計性的綠色溶劑，離子液體的特點為制備各種形貌和晶型的ZnO納米材料提供可能性，并且往離子液體的溶液中加入過渡金屬的前驅體很容易達到摻雜ZnO的目的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種一維介孔晶的ZnO基稀磁半導體及其制備方法。

所述一維介孔晶的ZnO基稀磁半導體為過渡金屬摻雜ZnO基DMSs一維介孔晶納米材料，其分子式為Zn_1-xTM_xO，其中TM為過渡金屬，x為摻雜成分的百分比，x＝0.01～0.10。

所述過渡金屬可以為Mn、Co、Cu或Ni等。

所述一維介孔晶的ZnO基稀磁半導體的制備方法如下：

1)將鋅鹽溶解在離子液體中，濃度為0.5～4wt％，加熱至溶液透明；

2)往步驟1)制得的溶液中加入過渡金屬鹽至全部溶解，得混合溶液；

3)將步驟2)制得的混合溶液加熱回流，自然冷卻至室溫，將所得到沉淀依次用水和乙醇洗滌，得到的粉末干燥，即得具有室溫鐵磁性的一維介孔晶的ZnO基稀磁半導體。

在步驟1)中，所述鋅鹽可為Zn(CH₃COO)₂·2H₂O，Zn(NO₃)₂·4H₂O或ZnCl₂等；所述離子液體可為N(C₄H₉)₄OH·30H₂O，N(C₃H₇)₄OH·30H₂O或N(C₂H₅)₄OH·30H₂O等；所述加熱的溫度可為20～40℃。

在步驟2)中，所述過渡金屬鹽與鋅鹽的摩爾比可為1∶(99～9)；所述過渡金屬鹽可為Mn、Co、Cu或Ni等的金屬鹽，過渡金屬鹽的陰離子與鋅鹽的陰離子可一致。