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《Co、Mn摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體特性研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、分類(lèi)號(hào)TN304密級(jí)公開(kāi)UDC621編號(hào)10299S1403058JIANGSUUNIVERSITY碩士學(xué)位論文Co、Mn摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體特性研究CHARACTERISTICSTUDYONCO,MNDOPEDZNO-BASEDDILUTEDMAGNETICSEMICONDUCTORS指導(dǎo)教師楊平作者姓名劉喬亞申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別碩士學(xué)科(專(zhuān)業(yè))機(jī)械電子工程論文提交日期2017.4論文答辯日期2017.6學(xué)位授予單位和日期江蘇大學(xué)年月日答辯委員會(huì)主席評(píng)閱人2017年6月萬(wàn)方數(shù)據(jù)萬(wàn)方數(shù)據(jù)萬(wàn)方數(shù)據(jù)江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要自旋電子器
2、件由于具有體積小，速度快，非易失性等優(yōu)點(diǎn)，可以極大提高信息的處理速度。稀磁半導(dǎo)體作為自旋電子器件中的關(guān)鍵材料，目前已經(jīng)引起了電子學(xué)、物理學(xué)及材料科學(xué)等多學(xué)科研究者的關(guān)注。ZnO基稀磁半導(dǎo)體由于具有性質(zhì)穩(wěn)定、原料豐富、可以實(shí)現(xiàn)高濃度摻雜等優(yōu)點(diǎn)，并且在光、電、磁等領(lǐng)域存在眾多優(yōu)異性質(zhì)，已經(jīng)成為了稀磁半導(dǎo)體研究的熱門(mén)領(lǐng)域，并取得了一定的進(jìn)展。但在眾多的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究成果中，仍然存在很多亟需解決的問(wèn)題，如實(shí)驗(yàn)重復(fù)性差、居里溫度低、磁性起源機(jī)理不明確等。為尋求具有高居里溫度的ZnO基稀磁半導(dǎo)體，本文采用了基于密度泛函理論(DF
3、T)的第一性原理研究方法，計(jì)算并討論了Co、Mn單摻雜和共摻雜ZnO基稀磁半導(dǎo)體的磁穩(wěn)定性和磁性起源機(jī)理，并研究了非金屬元素和本征缺陷的引入對(duì)Co-Mn共摻雜ZnO的影響。得到研究結(jié)果如下：（1）分別構(gòu)建了2×2×2的Co單摻雜ZnO和Mn單摻雜ZnO超晶胞模型，對(duì)它們?cè)谖宸N不同摻雜位置下的構(gòu)型進(jìn)行計(jì)算和分析。結(jié)果表明：Co單摻雜ZnO和Mn單摻雜ZnO都不具有室溫鐵磁性。系統(tǒng)的磁穩(wěn)定性與雜質(zhì)元素的摻雜位置有很大關(guān)系，其中Co摻雜ZnO在兩種構(gòu)型下表現(xiàn)出鐵磁性，另外三種構(gòu)型下表現(xiàn)出反鐵磁；Mn摻雜ZnO五種構(gòu)型均表現(xiàn)出反
4、鐵磁性。從能量角度來(lái)看，Co摻雜ZnO和Mn摻雜ZnO均趨向于緊密構(gòu)型，即當(dāng)摻雜原子間距離較近時(shí)，體系基態(tài)能量更低、結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。（2）根據(jù)摻雜位置的分析結(jié)果，構(gòu)建了緊密構(gòu)型下的Co-Mn共摻雜ZnO模型。對(duì)其磁性和電子特性的計(jì)算和研究表明：相比于單摻雜體系，Co-Mn共摻雜ZnO表現(xiàn)出了穩(wěn)定的鐵磁性，并且具有遠(yuǎn)高于室溫的居里溫度。其磁性起源主要是Co和Mn的3d電子通過(guò)鄰近O原子發(fā)生的交換作用。（3）為研究實(shí)際制備中常見(jiàn)的空位缺陷和雜質(zhì)對(duì)ZnO基稀磁半導(dǎo)體的影響，本文在Co-Mn共摻雜ZnO體系中引入了空位及非金屬元素的
5、摻雜缺陷。結(jié)果顯示，當(dāng)Co-Mn共摻雜ZnO中引入O缺陷、C元素和N元素后，體系從鐵磁穩(wěn)定轉(zhuǎn)變?yōu)榉磋F磁穩(wěn)定。從而表明在Co-Mn共摻雜ZnO中，O缺陷、C元素和N元素的引入不利于形成室溫鐵磁體，在制備過(guò)程中要避免這些雜質(zhì)的I萬(wàn)方數(shù)據(jù)Co、Mn摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體特性研究產(chǎn)生。Zn空位的引入對(duì)于Co-Mn共摻雜ZnO的磁性和居里溫度有明顯的提高。具體表現(xiàn)在：增強(qiáng)了鄰近O原子和Co原子的磁矩，但對(duì)Mn原子的磁矩略有削弱。體系自旋劈裂的產(chǎn)生除Co-3d、Mn-3d電子的共同作用外，Zn空位的引入也大大加強(qiáng)了O-2p在費(fèi)米能級(jí)處
6、的自旋劈裂。關(guān)鍵詞：稀磁半導(dǎo)體，自旋電子器件，ZnO摻雜，磁性，電子結(jié)構(gòu)，居里溫度II萬(wàn)方數(shù)據(jù)江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文ABSTRACTSpintronicdevicescanincreasethespeedofinformationprocessingsubstantially,becauseoftheadvantagesofsmallvolume,highspeedandnonvolatile.Asthekeymaterialinspintronicdevices,dilutedmagneticsemiconductor(
7、DMS)hasraisedgreatattentionamongtheresearchersinelectronics,physicsandmaterialscience.ZnObasedDMShastheadvantagesofstableproperty,abundantresourceandtherealizationofhighdopingconcentration.Ithasmanyoutstandingpropertiesintheareasofoptics,electricityandmagnetics.T
8、herefore,ZnObasedDMShasbecomeacriticalareainthestudyofDMS.Untilnow,thetheoreticalandexperimentalresearchhasachievedcertainprogress.However,therearestillsomepro
