一维介孔晶的ＺｎＯ基稀磁半导体及其制备方法技术

一维介孔晶的ＺｎＯ基稀磁半导体及其制备方法，涉及一种半导体。提供一种一维介孔晶的ＺｎＯ基稀磁半导体及其制备方法。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，分子式为Ｚｎ１－ｘＴＭｘＯ，ＴＭ为过渡金属，ｘ为掺杂成分的百分比，ｘ＝０．０１～０．１０。将锌盐溶解在离子液体中，加热至溶液透明；往溶液中加入过渡金属盐至全部溶解，得混合溶液；将混合溶液加热回流，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。晶体生长的温度低，设备要求简单，反应条件温和，溶剂非挥发，整个反应过程绿色环保，原料廉价。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体，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。
技术介绍
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 ρ 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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种。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 —维介孔晶纳 米材料，其分子式为ZrvxTMxO，其中TM为过渡金属，χ为掺杂成分的百分比，χ = 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；32)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 · 2H20, Zn (NO3) 2 · 4H20 或 ZnCl2 等；所述 离子液体可为 N(C4H9)4OH · 30H20, N(C3H7)4OH · 30H20 或 N(C2H5)4OH · 30H20 等；所述加热的温 度可为20 40°C。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。在步骤3)中，所述加热的温度可为80 110°C，回流的时间可为20 30h ；所述 将所得到沉淀依次用水和乙醇洗涤，可将所得到沉淀用水洗涤2 4次，然后用乙醇洗涤 2 4次；所述干燥的温度可为50 80°C，干燥的时间可为5 8h。本专利技术具有以下特点1)磁性过渡金属的掺杂量容易控制，仅通过控制锌盐与过渡金属盐的化学计量比 即可以达到控制掺杂量的目的；产物无过渡金属氧化物的晶相，过渡金属元素全部掺入氧 化锌的晶相之中。2)磁性容易控制，控制掺杂量及锌盐在离子液体中的浓度在设定的范围内，即可 得到具备铁磁性的介孔晶材料。3)晶体生长的温度低，设备要求简单，反应条件温和，溶剂非挥发，整个反应过程 绿色环保，原料廉价。附图说明图1为实施例1制备的Zna95Mnatl5O粉末的扫描电子图谱(SEM)。在图1中，标尺 为 500nmo图2为实施例1制备的Zna95Mnatl5O粉末的X射线衍射图谱(XRD)。在图2中，横 坐标为衍射角2Theta (degree)，纵坐标为衍射强度Intensity (a. u.)；曲线a为Zna 95Μη0.050 IOmg g—1，曲线 b ZnO IOmg g—1 ；从左至右衍射峰分别为(100)，(002)，(101)。图3为用超导量子干涉仪(SQUID)，在300K对实施例1制得的Zna95Mnatl5O粉末进 行磁性测试得到的M-H图。在图3中，横坐标为矫顽力Applied Field (Oe)，纵坐标为饱和 磁化强度 Magnetization (em μ/g) ； 为 ZnO IOmg SlASZna95Mnatl5O IOmg g-1 ；温度 T =300K。具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1在一个250mL的圆底烧瓶中，将IOOmg Zn (CH3COO) 2 · 2H20加入IOg离子液体 N(C4H9)4OHdOH2O中，磁力搅拌下溶解，加热至30°C保持一段时间直至溶液透明。然后加入 5. 9mg Mn(CH3COO)2 ·4Η20直至全部溶解。加热至100°C回流24h。自然冷却至室温，所得到 沉淀用二次蒸馏水洗涤3次，然后用乙醇洗涤3次，得到的粉末60°C干燥24h以上。用扫描电镜观测粉末的形貌如图1所示，由图可知得到的粉末为表面粗糙的棒状/针状结构，是由小颗粒自组装而成的一维介孔晶纳米材料；用X射线衍射仪分析粉末 的晶型，如图2可知该介孔晶Mn进入ZnO的晶格，只有ZnO的纤锌矿出现，未出现第二相； 用超导量子干涉仪(SQUID)，在300K对粉末进行磁性测试，如图3可知饱和磁化强度为 0. 0213emu/g，矫顽力为850e，显现出室温铁磁性。实施例2在一个250mL的圆底烧瓶中，将IOOmg Zn (CH3COO) 2 · 2H20加入IOg离子液体 N(C4H9)4OHdOH2O中，磁力搅拌下溶解，加热至30°C保持一段时间直至溶液透明。然后加入 6. Omg Co(CH3COO)2 ·4Η20直至全部溶解。加热至100°C回流24h。自然冷却至室温，所得到 沉淀用二次蒸馏水洗涤3次，然后用乙醇洗涤3次，得到的粉末60°C干燥24h以上。磁性测 试结果为饱和磁化强度为0. 0236emu/g，矫顽力为940e，显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一维介孔晶的ＺｎＯ基稀磁半导体，其特征在于为过渡金属掺杂ＺｎＯ基ＤＭＳｓ一维介孔晶纳米材料，其分子式为Ｚｎ↓［１－ｘ］ＴＭ↓［ｘ］Ｏ，其中ＴＭ为过渡金属，ｘ为掺杂成分的百分比，ｘ＝０．０１～０．１０。

【技术特征摘要】
一维介孔晶的ZnO基稀磁半导体，其特征在于为过渡金属掺杂ZnO基DMSs一维介孔晶纳米材料，其分子式为Zn1 xTMxO，其中TM为过渡金属，x为掺杂成分的百分比，x＝0.01～0.10。2.如权利要求1所述的一维介孔晶的ZnO基稀磁半导体，其特征在于所述过渡金属为 Mn、Co、Cu 或 Ni。3.如权利要求1所述一维介孔晶的ZnO基稀磁半导体的制备方法，其特征在于包括以 下步骤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。4.如权利要求1所述一维介孔晶的ZnO基稀磁半导体的制备方法，其特征在于在步骤 1)中，所述锌盐为 Zn (CH3COO)2 · 2H20，Zn (NO3)2 · 4H20 或 ZnCl205.如权利要求1所述一维介孔晶的ZnO基稀磁半导体的制备方法，其特征在于在步骤 1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴李宗，肖文军，吴廷华，许一婷，罗伟昂，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]