4H-SiC基稀磁半导体的电子结构

通过第一性原理计算研究3d过渡金属元素(TM)掺杂六方结构碳化硅(4H-SiC)晶体和Al、TM共掺杂4H-SiC晶体的总能和磁学性质.掺杂4H-SiC结构的稳定性取决于TM和Si原子的化学势.结果发现在TM掺杂4H-SiC体系中,掺杂Ti的结构是最稳定的,而Al、TM共掺4H-SiC中掺杂V的结构是最稳定的.对比TM元素单掺杂和Al与TM元素共掺杂体系的磁性质可知,Al有稳定结构和影响结构磁性的作用.

Cr掺杂Si基稀磁半导体的制备及其磁学特性

采用Cr离子注入方法,在不同气体环境下退火制备了两种具有不同磁化率和居里温度的Cr掺杂p型(111)Si基稀磁半导体样品.利用X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外(FT-IR)光谱和超导量子干涉仪(SQUID)对样品的晶体结构、化学键及磁学特性的变化进行表征.实验发现,该样品在H2气中退火后,氢原子钝化了Cr离子注入时引起的样品中的Si悬挂键缺陷(形成Si—H),增加了传导电子的长程相互作用,使样品的居里温度达280 K,远高于同一条件下在Ar气中退火样品的居里温度(100 K).部分氢原子束缚了样品中的受主载流子,降低了磁化率,导致在低温区(小于50 K)H2气中退火样品的磁化强度小于在Ar气中退火样品的磁化强度.这为室温铁磁半导体的研制提供了实验依据.

SiC基稀磁半导体材料的研究进展

稀磁半导体材料(DMS)是一种新型的磁性半导体材料,它同时利用了电子的电荷和自旋属性,兼有铁磁性能和半导体性能,在自旋电子器件领域有着重要的研究价值。主要介绍了DMS的发展过程,总结了最近几年SiC基稀磁半导体材料的研究进展,包括制备方法、性质研究和存在的主要问题,并展望了今后的研究方向。

GaN基和LiZnAs基稀磁半导体的研究进展

综述了稀磁半导体及其研究进展,阐述了提高居里温度的方法。从晶体结构、材料的研究现状和待解决的问题几个方面详述了以GaN为代表的传统的Ⅲ-Ⅴ族基和LiZnAs为代表的新型Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基两类稀磁半导体的基本特点,并展望了今后的研究重点及发展方向。

过渡金属(Mn^(2+)、Ni^(2+)、Fe^(3+)、Cu^(2+))掺杂ZnO基稀磁半导体的制备及性质

利用溶液腐蚀法制备了Mn2+、Ni2+、Fe3+、Cu2+离子掺杂的ZnO基稀磁半导体。XRD表明掺杂后的ZnO仍然保持单一的纤锌矿结构,没有任何杂质相产生。由紫外-可见光反射谱可知掺杂后吸收边发生了红移。掺杂前ZnO的带隙为3.20eV,对样品分别掺入Mn、Ni、Fe和Cu后的带隙分别为3.19eV、3.15eV、3.08eV和3.17eV。掺杂后样品的室温PL谱除了紫外发射峰外,对于Mn掺杂的样品还在蓝光区域出现了2个分别位于424nm和443nm的发射峰,Fe掺杂的样品出现了一个位于468nm的微弱发射峰,Cu掺杂的样品出现了位于469nm及535nm的很宽的发射峰。室温磁滞回线显示掺杂后样品有明显的铁磁性,掺入Mn、Ni、Fe和Cu样品的剩余磁化强度(Ms)分别为0.3902×10-3emu/cm3、0.454emu/cm3、0.372emu/cm3和0.962×10-3emu/cm3,矫顽力分别为47Oe、115.92Oe、99.33Oe和23Oe。经分析室温铁磁性来源于缺陷调制的Mn2+-Mn2+长程铁磁交换相互作用。

稀土掺杂GaN基稀磁半导体材料的研究进展

GaN基稀磁半导体材料具有高于室温的铁磁性和优异的光电性能,在半导体电子自旋器件领域有广阔的应用前景。系统地介绍了制备方法对稀土Gd掺杂GaN基稀磁半导体材料铁磁性的影响,讨论了Gd掺杂GaN基稀磁半导体材料中铁磁性的起源,介绍了除Gd以外的稀土离子掺杂GaN基稀磁半导体材料中的铁磁性,以及共掺杂对GaN基稀磁半导体材料的铁磁性能的影响。目前,GaN基稀磁半导体材料的铁磁性仍无法满足半导体电子自旋器件的要求。共掺杂工艺可以有效地解决稀土离子掺杂引入的较大晶格应变,促进自旋电子之间的交互作用,是一种改善GaN基稀磁半导体材料的铁磁性能的有效途径。

Cu-Co共掺杂ZnO稀磁半导体的水热法制备与性能

采用水热法了制备不同掺杂比例的Zn0.95Cu0.05-xCoxO(x=0,0.025,0.05)稀磁半导体材料。X射线衍射(XRD)表明所有样品具有结晶良好的纤锌矿结构,随着Co掺杂量的增加点阵常数有所增大。高分辨透射电子显微镜(HRTEM)发现所有样品形貌为纳米棒状结构,分散性良好。X射线能量色散分析仪(EDS)测试结果说明样品中Cu2+、Co2+是以替代的形式进入ZnO晶格中。光致发光光谱(PL)研究发现在所有样品中都存在较强的紫外发光峰、蓝光发光峰和绿光发光峰,而且峰位发生蓝移。振动样品磁强计(VSM)研究结果表明掺杂样品在室温条件下存在具有铁磁性。

新型稀磁半导体Cd_(1-x)Mn_xIn_2Te_4的光学和磁学性能

采用垂直Bridgman法制备出了x =0 1、0 2 2和 0 4的Cd1-xMnxIn2 Te4 晶体 .采用红外透射光谱法研究了晶体的红外光学特性 .用超导量子磁强计测量了样品在温度范围 5～ 30 0K和磁场强度范围 0～ 5T内的磁化强度 .在中红外波段透过率曲线变化很小 .随着x的增加Cd1-xMnxIn2 Te4 的光学带隙移向高能端 .磁化率倒数 χ-1与温度T的关系曲线在高温区服从居里 万斯定律 ,在低温下x≥ 0 2 2时向下偏离该定律 .与具有相同Mn2 + 浓度的Cd1-xMnxTe晶体相比Cd1-xMnxIn2 Te4 晶体的交换积分常数较小 .

Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基新型稀磁半导体的研究进展

Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基新型稀磁半导体实现了电荷和自旋注入的分离调控,成为半导体领域的研究热点。本文从传统稀磁半导体出发,详述Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基新型稀磁半导体的研究进展,并对今后发展进行了展望。

Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体Cd_(1-x)Mn_xTe/Cd_(1-y)Mn_yTe超晶格的光调制反射谱的研究

本文报道用分子束外延（ＭＢＥ）技术生长的Ｃｄ１－ｘＭｎｘＴｅ／Ｃｄ１－ｙＭｎｙＴｅ超晶格样品在８０Ｋ下的光调制反射谱实验结果。观测到１１Ｈ、２２Ｈ、３３Ｈ和１１Ｌ等激子跃迁结构。计及晶格失配导致的应力效应，对子能级结构进行了理论计算。实验结果与理论计算符合较好。

稀磁半导体Zn_（1-x）Ni_xO,Zn_（1-2x）Mn_xNi_xO及Zn_（1-2x）Co_xNi_xO纳米晶体的制备与磁性研究

利用溶胶-凝胶法制备了一系列的稀磁半导体材料如Zn1-xNixO、n1-2xMnxNixO及Zn1-2xCoxNixO晶体粉末,通过震荡样品磁强计（VSM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散谱（EDS）分别对样品的磁性、晶相结构、形貌和成分进行了表征分析,讨论了获得本征铁磁性Zn1-xNixO样品的制备条件,比较了Mn、Co共掺杂对Zn1-xNixO磁性的影响,给出了Ni在ZnO中的固溶度以及实际掺杂浓度与名义掺杂浓度的关系。

3d过渡金属掺杂II-IV-V_2黄铜矿半导体的电磁性质

利用自旋局域密度泛函的第一性原理对3d过渡金属(TM=V、Cr、Mn、Fe、Co和N i)掺杂的II-IV-V2(CdGeP2和ZnGeP2)黄铜矿半导体进行系统计算.结果发现:V-、Cr-和N i-掺杂的CdGeP2和ZnGeP2将出现铁磁状态(FM),而Mn-、Fe-以及Co-掺杂的CdGeP2和ZnGeP2将出现反铁磁状态(AFM).

二氧化铈基稀磁氧化物的第一性原理研究

基于第一性原理的计算方法研究了纯CeO_2、Co掺杂CeO_2和同时引入氧空位Vo和Co掺杂的CeO_2稀磁半导体体系.通过计算体系的能带结构和态密度,探讨了该体系磁性产生的机制.计算发现,纯CeO_2体系不具有磁性;没有氧空位Vo的Co掺杂CeO_2体系中,Co离子之间通过O原子发生超交换反铁磁耦合,体系无铁磁性;当氧空位Vo和Co离子同时存在于CeO_2体系中时,Co离子之间通过氧空位Vo发生铁磁耦合,该体系表现出铁磁性能.另外,由氧空位Vo诱导的Co离子之间的铁磁耦合不仅发生在紧邻的两个Co离子,而且可以扩展到几个原子距离的长度.计算结果证明了氧空位Vo诱导铁磁性耦合机制.本文工作将为CeO_2基稀磁半导体体系制备与磁学性质的研究提供支持.

从M-T曲线上“奇异峰”分析掺杂3d族ZnO基稀磁半导体的磁学本质

研究了用双束脉冲激光沉积法在蓝宝石衬底上制备的Zn0.95Co0.05O薄膜的结构和磁学性质.晶体结构分析表明制备的薄膜是具有ZnO沿c轴择优取向的纤锌矿点阵结构的单晶膜.当室温或低于室温时该薄膜具有磁性.Zn0.95Co0.05O薄膜的磁化强度随温度的变化曲线,在55K附近出现了一个小峰.小峰出现的温度与文献中报道的"奇异峰"出现的温度相似,虽然小峰凸起似乎并不如引文中的明显.没有实验结果表明引文中的"奇异峰"与纳米材料的量子效应有相关性.Zn0.95Co0.05O薄膜的磁学行为并不能用稀磁半导体的铁磁性解释.并对ZnO基稀磁半导体薄膜中的磁学本质进行了讨论.

基于从头算法的TM金属共掺杂的ZnO基稀磁半导体的磁性研究(英文)

本文采用从头计算的方法研究了基于过渡性金属共掺杂II-VI族稀释半导体的磁性和电子结构。并系统的研究了氧化锌基的稀释半导体铁磁态的稳定性和对其材料设计。在所有的共掺杂体系中,发现(Mn,Co),(Co,Ni)和(Mn,Ni)共掺杂体系是铁磁态的,而(Fe,Ni)共掺杂体系是自旋玻璃态。另一方面,Fe-,Co-和Ni掺杂ZnO基系统的稳态是铁磁态。同时,本文研究了ZnO基稀释半导体的载流子传导铁磁性,计算分析了电子态密度,铁磁态的稳定性。结合双交换和超交换理论解释共掺杂稀释半导体的磁性机理。

Co掺杂SiC稀磁半导体薄膜的磁与电阻率特性

采用射频磁控溅射法制备了不同Co掺杂浓度的SiC薄膜。X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、Hall以及电阻率-温度(-ρT)曲线测试结果表明,Co掺杂SiC薄膜具有4H-SiC(100)晶体结构和典型的半导体导电特征,未发现Co金属团簇以及其它CoSi第二相化合物生成,显示了Co原子以替位掺杂的形式进入了SiC晶格;电流-电压(I-V)特性测试发现,Co掺杂SiC薄膜是一种非均匀掺杂;PPMS磁性测量表明,Co掺杂SiC薄膜具有明显的室温铁磁性,饱和磁化强度随着Co掺杂浓度的增加而增加,其铁磁性的来源符合缺陷机制的束缚磁极子(BMP)机制。

锰掺杂ZnO稀磁半导体的制备及铁磁性能

用溶胶-凝胶法,在超声波辅助条件下制备了Mn掺杂ZnO(Zn1-xMnxO,x≤0.05)稀磁半导体(DMS)纳米晶粉末样品。用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)仪、超导量子干涉(SQUID)测磁仪分别对样品形貌、结构和磁性能进行了表征。较低的掺杂浓度下样品很好地保持ZnO的纤锌矿结构,随着掺杂浓度x的增加,样品的晶格常数近似线性增大,没有观察到杂质相。样品Zn0.98Mn0.02O显示了很好的铁磁性,居里温度在350K以上。

Mn^+离子注入的GaN薄膜的光学性质及其磁性

利用离子注入法将磁性离子 Mn+注入到采用金属有机化学气相沉积法制备的 Ga N薄膜中 ,获得了稀磁半导体 (Ga,Mn) N.光致发光谱结果显示由于 Mn的注入 ,使 Ga N中常见的黄带发射被大大抑制 .在反射和吸收光谱中 ,观察到锰引入的新吸收带 ,分析表明该带是由电荷转移过程和锰引入能级 (价带顶上 310 m e V处 )的吸收组成的 .透射光谱显示 (Ga,Mn) N的光学带隙发生了红移 ,计算表明该红移量为 30± 5 m e V.震动样品磁强计的测量结果证实了 Mn掺杂的 Ga N样品在室温下具有铁磁性 .

过渡金属掺杂CuGaS_2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.