[发明专利]一种Fe掺杂ZnO室温稀磁半导体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新型半导体自旋电子学材料领域，具体涉及一种过渡金属掺杂氧化锌室温稀磁半导体材料的制备方法。

技术背景

上个世纪，以电子电荷的运用为基础的半导体工业在人类历史上掀起了第三次技术革命，极大地推动了社会的进步。电子的另外一个自由度，即自旋，在过去完全被忽略了。如今，传统器件的运行速度和存储密度已经越来越接近其理论极限，人们正致力于探索新的信息处理机制。开发同时利用电子的电荷和自旋属性的自旋电子器件已开始成为该领域的研究热点。稀磁半导体作为一种新型半导体材料，它将自旋和电荷两个自由度集于同一基体，同时具备优异的磁、磁光和磁电性能，可用于研制新一代的自旋电子和纳米电子器件，拓展微电子领域的发展空间，为微电子器件的微型化和多功能化提供了解决方案，在自旋电子学以及光电子领域已经展现出非常广阔的应用前景，比如自旋阀、自旋二极管、稳定的存储器、逻辑器件和高速的光开关等等。

从应用的角度看，制备居里温度高于室温的稀磁半导体材料是非常必要的。基于II-VI族以及III-V族化合物半导体的稀磁半导体研究比较广泛，如(Zn，Mn)Se和(Ga，Mn)As等，但是这些材料的居里温度多低于120K，限制了它们的实际应用。自Ueda等首次在《Applied Physics Letters》(2001年第79卷，P988-990)报道Co掺杂ZnO薄膜的室温铁磁性以来，陆续在过渡金属掺杂的氧化物半导体中发现了高于室温的铁磁性半导体，从而引起了人们对氧化物稀磁半导体广泛的研究兴趣。其中，对Fe掺杂ZnO的稀磁半导体材料在国际上却鲜有报道，且已有的报道结果也不尽相同，其中仅有Potzger等人在Fe掺杂ZnO的单晶样品中观察到室温铁磁性[《AppliedPhysics Letters》(2006年第88卷，P052508)]，而其它报道均未能在此材料中获得室温铁磁性。

发明内容

本发明针对现有技术中没有制备Fe掺杂ZnO室温稀磁半导体材料的方法，提供了一种Fe掺杂ZnO室温稀磁半导体材料的制备方法，该方法可以制备出具备室温铁磁性的Fe掺杂ZnO半导体材料。

一种Fe掺杂ZnO室温稀磁半导体材料的制备方法，包括以下步骤：

A.将分析纯的Zn(NO₃)₂·6H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O粉末充分混和后，加入去离子水使其完全溶解，形成Fe³⁺和Zn²⁺混和溶液，其中Fe与Zn摩尔比为0∶100～2∶98；将NO₃^-离子摩尔数与OH^-离子摩尔数为1∶1的分析纯NaOH粉末，加入到去离子水，配制成NaOH溶液；

B.将配制好的NaOH溶液倒入Fe³⁺和Zn²⁺的混和溶液中，不断搅拌，同时滴加氨水，控制溶液的PH值为8≤PH值≤9，使Fe³⁺和Zn²⁺完全沉淀，形成Fe(OH)₃和Zn(OH)₂混合沉淀；将沉淀物过滤，分离，并用去离子水反复洗涤，去掉沉淀物表面可能的残留离子；

C.将洗涤后的沉淀物置于100℃-150℃烘箱中烘干，并将其研磨；接着在惰性气氛中进行预烧结，预烧温度为300℃-500℃，预烧结时间为6-10小时；将得到的粉末再经过研磨，压片，在惰性气氛下烧结，烧结温度为500℃-700℃，烧结时间为12-24小时，即得到Fe掺杂ZnO室温稀磁半导体材料。

本发明的优点在于：该方法工艺简单，易于操作，重复性好，便于推广，并可用于其他过渡金属掺杂ZnO的稀磁半导体材料的制备；制备出的Fe掺杂ZnO稀磁半导体材料具有室温铁磁性。

附图说明

图1为样品S1，S2，S3和纯ZnO的XRD图谱；

图2为600℃氩气氛下烧结的掺杂浓度x＝3％样品的XRD图谱；

图3为600℃氩气气氛下烧结的Zn_1-xFe_xO(x＝0.5％，1％，2％)材料室温下的(T＝300K)磁滞回线行为。

具体实施方式

实施例1