[發(fā)明專利]錳銅共摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法與裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110363649.6
• 申請(qǐng)日: 2011-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102491742A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李瑛;劉聰;姚俊;舒佳武;薄偉強(qiáng);王世偉;胡業(yè)旻;朱明原;金紅明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/453
• 分類號(hào): C04B35/453;C04B35/622
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種脈沖磁場(chǎng)作用下水熱法制備錳銅共摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的方法與裝置，屬于磁性半導(dǎo)體材料工藝制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

稀磁半導(dǎo)體（diluted?magnetic?semiconductor，DMS）同時(shí)具有電子的自旋屬性和電荷屬性，具有優(yōu)異的磁光、磁電等性能，使其在高密度非易失性存儲(chǔ)器、磁感應(yīng)器、量子計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是制作下一代自旋電子器件的主要材料。

ZnO是一種直接寬禁帶半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為3.37eV，室溫激子束縛能約為60meV，遠(yuǎn)高于其它寬禁帶半導(dǎo)體材料（如GaN,?ZnS等），常溫常壓下為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，具有高的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)良的光電、壓電、壓敏、氣敏等特性，廣泛應(yīng)用于紫外、綠光、藍(lán)光等多種光電器件、太陽(yáng)能電池、壓電傳感器、透明導(dǎo)電薄膜等領(lǐng)域。2000年，Dietl和Sato等通過(guò)理論計(jì)算預(yù)測(cè)，磁性過(guò)渡金屬元素（transition?metal，TM）摻雜的ZnO基DMS可能具有高于室溫的鐵磁性。因此，磁性TM摻雜ZnO基DMS引起了人們的極大關(guān)注。但是，ZnO基稀磁半導(dǎo)體材料的研究還存在著許多亟待解決的問(wèn)題，其中最關(guān)鍵的問(wèn)題之一是如何制備出形貌可控、摻雜均勻、具有室溫鐵磁性的樣品。

目前，制備ZnO基稀磁半導(dǎo)體材料的方法有很多，其中水熱法是一種在高溫高壓水溶液條件下生長(zhǎng)晶體的方法。該方法合成的晶體具有晶體質(zhì)量高、摻雜均勻等優(yōu)點(diǎn)。依據(jù)晶格排列達(dá)到最低結(jié)合能的原則，摻雜的離子進(jìn)入最佳的晶格位置，因此可以合成高質(zhì)量、摻雜均勻的單晶體。

強(qiáng)磁場(chǎng)條件下材料制備及其研究進(jìn)展（科學(xué)通報(bào)，2006，51(24):?2825-2829.）指出強(qiáng)磁場(chǎng)不僅可以用來(lái)控制金屬熔體的對(duì)流和物質(zhì)傳輸,?有效去除夾雜物；而且可以對(duì)磁性或者非磁性材料進(jìn)行加工處理,?得到取向排列的新材料。這表明磁場(chǎng)在材料的制備過(guò)程中可以起到有效的控制納米材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的作用。

經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，錳銅共摻雜有利于ZnO基稀磁半導(dǎo)體材料室溫鐵磁性的獲得（Wang?HB,?Wang?H,?Zhang?C,?Yang?FJ,?Duan?JX,?et?al.?Preparation?and?Characterization?of?Mn?and?(Mn,?Cu)?Co-Doped?ZnO?Nanostructures.?JOURNAL?OF?NANOSCIENCE?AND?NANOTECHNOLOGY,?Vol.9,?No.5,?2009,?3308-3312），還有許多文獻(xiàn)報(bào)道表明利用共摻雜可以提高稀磁半導(dǎo)體材料的居里溫度，與銅共摻雜可以提高載流子濃度，從而增強(qiáng)磁性離子間的耦合，提高居里溫度（張躍等著，一維氧化鋅納米材料，北京：科學(xué)出版社，2010.2，第340頁(yè)）。所以在脈沖磁場(chǎng)下利用水熱法開(kāi)展錳銅共摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的研究具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種在脈沖磁場(chǎng)作用下利用水熱法制備錳銅共摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的方法。本發(fā)明方法制得的錳銅共摻雜ZnO粉末材料，純度高、摻雜均勻、微觀結(jié)構(gòu)可控，某些工藝參數(shù)條件下制備的錳銅共摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體材料具有室溫鐵磁性。

本發(fā)明的另一目的是提供一種在脈沖磁場(chǎng)作用下利用水熱法制備錳銅共摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的裝置。

本發(fā)明一種在脈沖磁場(chǎng)作用下利用水熱法制備錳銅共摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的方法，其特征在于該方法具有以下的工藝過(guò)程和步驟：

a.???????用去離子水將鋅鹽（氯化鋅、硝酸鋅或醋酸鋅可溶性鋅鹽）配制成0.95~1.05mol/L的鋅離子溶液；配制堿性沉淀劑（氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水）溶液，濃度為1~2mol/L；配制共摻雜用錳（氯化錳、硝酸錳或醋酸錳可溶性錳鹽）離子溶液，及銅（氯化銅、硝酸銅或硫酸銅可溶性銅鹽）離子溶液，濃度均為0.02~0.05mol/L；其中沉淀劑與鋅的摩爾比為4：1~6：1；

b.??????取一定量的鋅離子溶液、沉淀劑溶液、錳離子溶液、銅離子溶液于燒杯中，共摻雜金屬離子和鋅離子的摩爾比為1:100~5:100，用磁力攪拌器攪拌一段時(shí)間。將前軀體溶液移入反應(yīng)釜中，填充度保持在50~80%，將反應(yīng)釜密封；