ZnO基稀磁半導(dǎo)體材料研究進(jìn)展

ZnO基稀磁半導(dǎo)體材料研究進(jìn)展隨著微電子技術(shù)、信息技術(shù)的快速發(fā)展，稀磁半導(dǎo)體材料逐漸成為半導(dǎo)體材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。其中，ZnO材料因其優(yōu)異的光電性質(zhì)、儲能性能、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性等特性，被廣泛研究和應(yīng)用于透明導(dǎo)電薄膜、太陽能電池、光電探測器和傳感器等領(lǐng)域。本文將對ZnO基稀磁半導(dǎo)體材料研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。一、ZnO的晶體結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)ZnO是一種寬帶隙（約3.4eV）半導(dǎo)體，其具有類似于石英晶體的六方晶格結(jié)構(gòu)。ZnO晶格常數(shù)a=0.32495~0.32510nm、c=0.52062~0.52074nm，屬于空間群P63mc，晶體中每個氧原子都與四個鋅原子配位形成四面體結(jié)構(gòu)。ZnO在室溫下為基態(tài)，具有光致自旋極化（photogeneratedspinpolarization）現(xiàn)象，即在外部光照射下，ZnO晶體中部分電子的自旋將沿著特定的方向分布，引起了垂直于光線方向的巨磁效應(yīng)。二、ZnO稀磁半導(dǎo)體材料研究進(jìn)展1.摻雜離子采用過渡金屬離子（如Mn、Co、Ni等）摻雜ZnO材料，可以實(shí)現(xiàn)它的磁性增強(qiáng)。早期的研究發(fā)現(xiàn)，單一摻雜難以獲得較高的磁性，因此目前普遍采取多元同雜摻雜模式（如Fe/Mn、Mn/Co、Fe/Co等）來提高磁性。磁性能的提高通過引入摻雜離子與ZnO基體相互作用，強(qiáng)化離子-離子交換作用、離子-化學(xué)鍵作用和離子-雜質(zhì)之間的反鐵磁耦合作用。例如，研究者通過XPS、XRD、VSM等測試表征方法發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e/ZnO和Co/ZnO樣品表現(xiàn)出一定的反鐵磁性，其中Fe/ZnO樣品的磁性最大，飽和磁化強(qiáng)度近15emu/g，屬于軟磁性材料；Co/ZnO樣品的磁性較小，表現(xiàn)出普通的磁性。2.材料制備方法目前ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法主要包括物理薄膜沉積、化學(xué)溶膠凝膠法、水熱法、共沉淀等化學(xué)方法。其中，化學(xué)溶膠凝膠法是一種成本低廉、制備簡單、控制粒徑大小的有效方法。研究者們采用改進(jìn)后的旋轉(zhuǎn)涂覆法，在控制煅燒溫度的條件下，制備了Fe/ZnO納米粒子材料。研究結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4/ZnO納米粒子的形貌和晶體結(jié)構(gòu)具有較好的控制性，其飽和磁化與樣品的制備條件有關(guān)。3.應(yīng)用領(lǐng)域ZnO稀磁半導(dǎo)體材料因其優(yōu)越的物理性質(zhì)和應(yīng)用前景，在電子學(xué)、傳感器、光電學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的研究和應(yīng)用。ZnO基稀磁半導(dǎo)體材料的應(yīng)用前景主要包括以下幾個方面：（1）磁性存儲器：ZnO稀磁半導(dǎo)體材料因具有可調(diào)諧的光致磁性和磁光性，可以用于開發(fā)含磁性載體的光存儲和磁性存儲器。（2）磁性傳感器：ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的發(fā)光性能和半導(dǎo)體性能結(jié)合起來，可以制成高靈敏度、高分辨率、遠(yuǎn)程傳輸?shù)男滦痛艂鞲衅?。?）光電探測器：ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的廣泛發(fā)射區(qū)帶、高光吸收率、高光譜響應(yīng)和光致磁性等特性，可應(yīng)用于高速光電探測器、光電倍增管和光通信等領(lǐng)域。（4）生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：由于ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的可調(diào)諧光致磁性和化學(xué)穩(wěn)定性，可以用于圖像診斷和生物傳感器等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。三、結(jié)論與展望ZnO基稀磁半導(dǎo)體材料是一類具有極大發(fā)展?jié)摿蛷V闊應(yīng)用前景的半導(dǎo)體材料。當(dāng)前，稀磁半導(dǎo)體材料的合成和應(yīng)用不能離開材料加工、器件設(shè)計、性能優(yōu)化和實(shí)際應(yīng)用等方面的綜合研