[发明专利]一维介孔晶的ZnO基稀磁半导体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体，尤其是涉及一种一维介孔晶的ZnO基稀磁半导体及其制备方法。

背景技术

稀磁半导体(DMSs)是指由磁性过渡金属或稀土金属元素(例如：Mn、Fe、Co、Ni、Cr及Eu等)部分替代II-VI族、IV-VI族、或III-V族等半导体中的部分元素后所形成的一类新型半导体材料。目前，人们主要研究的是II-VI和III-V族化合物基的DMSs，半导体基一般有GaAs、InAs、GaSb、GaN、GaP、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe等。

作为一种传统的宽带隙半导体材料，ZnO以其优异的性能在很多领域成为了研究的热门，尤其是最近以来，ZnO基DMSs以其在自旋电子学中巨大的潜在应用前景引起了世界上众多科研工作者的广泛关注。DMSs能否在室温下依旧保持铁磁性是决定其是否具有实用性的关键。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模型预言了p型导电的Mn掺杂ZnO在室温以上显示铁磁性，这是ZnO在DMSs领域的一个重要的里程碑，从此掀起了ZnO基DMSs研究的热潮。此后，用过渡金属V、Ni、Co、Mn、Cr及Fe等对ZnO进行掺杂制备具有室温铁磁性的材料已经有了一些报道。ZnO基DMSs纳米结构的制备方法主要有分子束外延、脉冲激光沉积、化学气相沉积等。但是，这些方法存在设备昂贵、制备工艺复杂等缺点，从而限制了ZnO基DMSs及相应的自旋电子器件的研发和应用。因此，寻找简单有效、价格低廉制备ZnO基DMSs的方法，不仅有利于促进对ZnO基DMSs的基础研究，而且有利于ZnO基自旋电子器件的研发和应用。液相法是一种方便、有效的制备ZnO纳米材料的方法。并且，液相法具有可低温下制备、可规模化生产、可化学修饰等优点，成为人们制备ZnO基DMSs的重要手段。最近，室温离子液体，作为一种非挥发性溶剂已经成功用于一维ZnO纳米材料的制备，室温离子液体是一种不可燃、强极性、热稳定性高、可设计性的绿色溶剂，离子液体的特点为制备各种形貌和晶型的ZnO纳米材料提供可能性，并且往离子液体的溶液中加入过渡金属的前驱体很容易达到掺杂ZnO的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一维介孔晶的ZnO基稀磁半导体及其制备方法。

所述一维介孔晶的ZnO基稀磁半导体为过渡金属掺杂ZnO基DMSs一维介孔晶纳米材料，其分子式为Zn_1-xTM_xO，其中TM为过渡金属，x为掺杂成分的百分比，x＝0.01～0.10。

所述过渡金属可以为Mn、Co、Cu或Ni等。

所述一维介孔晶的ZnO基稀磁半导体的制备方法如下：

1)将锌盐溶解在离子液体中，浓度为0.5～4wt％，加热至溶液透明；

2)往步骤1)制得的溶液中加入过渡金属盐至全部溶解，得混合溶液；

3)将步骤2)制得的混合溶液加热回流，自然冷却至室温，将所得到沉淀依次用水和乙醇洗涤，得到的粉末干燥，即得具有室温铁磁性的一维介孔晶的ZnO基稀磁半导体。

在步骤1)中，所述锌盐可为Zn(CH₃COO)₂·2H₂O，Zn(NO₃)₂·4H₂O或ZnCl₂等；所述离子液体可为N(C₄H₉)₄OH·30H₂O，N(C₃H₇)₄OH·30H₂O或N(C₂H₅)₄OH·30H₂O等；所述加热的温度可为20～40℃。

在步骤2)中，所述过渡金属盐与锌盐的摩尔比可为1∶(99～9)；所述过渡金属盐可为Mn、Co、Cu或Ni等的金属盐，过渡金属盐的阴离子与锌盐的阴离子可一致。