過渡金屬摻雜Te基半導(dǎo)體材料的制備與性能.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體(簡(jiǎn)稱 DMS),是指過渡金屬磁性離子部分無序取代半導(dǎo)體中的陽(yáng)離子而形成的一類新型半導(dǎo)體材料。稀磁半導(dǎo)體將半導(dǎo)體與磁性這兩種現(xiàn)代工業(yè)前沿技術(shù)中非常重要的兩部分結(jié)合在了一起,兼具有半導(dǎo)體和磁性的性質(zhì)，即在一種材料中同時(shí)應(yīng)用自旋和電子電荷兩種自由度，因而稀磁半導(dǎo)體倍受人們的關(guān)注。
　　眾所周知，Sb2Te3與 Bi2Te3屬于室溫附近最好的熱電材料。最新理論發(fā)現(xiàn)這兩種材料具有拓?fù)浣^緣體性質(zhì)，在高壓、低溫條件下和化學(xué)摻雜時(shí)表現(xiàn)

2、出超導(dǎo)等特性，所以本論文選取過渡金屬摻雜Sb2Te3與Bi2Te3基半導(dǎo)體材料作為研究對(duì)象。通過探索制備工藝以及優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)制備 Co摻雜 Sb2Te3與 Bi2Te3基樣品,通過優(yōu)化摻雜工藝改善過渡金屬摻雜 Sb2Te3與Bi2Te3基稀磁半導(dǎo)體的磁性。主要結(jié)果與結(jié)論如下：
　　1)本文使用真空熔煉技術(shù)制備過渡金屬摻雜Sb2Te3基和Bi2Te3基稀磁半導(dǎo)體材料，通過對(duì)制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，成功制備出了單相的Co摻雜Sb2Te3基以

3、及Co摻雜Bi2Te3基樣品。由于Co進(jìn)入Sb2Te3和Bi2Te3晶格中取代的Sb或Bi的位置，使得摻雜后Sb2Te3基和Bi2Te3基樣品具有更大的晶格常數(shù)。Bi1.98Co0.02Te3樣品的晶格常數(shù)：a=b=4.3892?（相對(duì)Bi2Te3增加了0.09％），c=30.5341?（相對(duì)Bi2Te3增加了0.17%）；Sb1.98Co0.02Te3樣品的晶格常數(shù)：a=b=4.2763?（相對(duì)Sb2Te3增加了0.34%），c=30

4、.4957?（相對(duì)Sb2Te3增加了0.15%）。晶格常數(shù)變化量主要與原子半徑比有關(guān)。
　　2)通過對(duì)樣品的熱電性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，Sb2Te3基和Bi2Te3基半導(dǎo)體材料摻Co后，材料的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率同時(shí)發(fā)生了改變，在這兩個(gè)參數(shù)同時(shí)變化的情況下，材料的熱電優(yōu)值并沒有得到明顯改善，實(shí)驗(yàn)中電導(dǎo)率以及熱導(dǎo)率的變化主要是由于摻雜前后載流子濃度和遷移率的變化所造成的。
　　3)本論文中通過在Bi2Te3材料中摻入Co來提高Bi2Te3的磁

5、電阻。通過真空熔煉方法成功制備出單相的Bi1.98Co0.02Te3材料，當(dāng)x=0.02時(shí)，磁電阻的數(shù)值達(dá)到最大值，在2K、9 T條件下，Bi1.98Co0.02Te3磁電阻達(dá)到335%。
　　4）本論文集中研究了Co摻雜Sb2Te3和Bi2Te3材料的磁性能。通過VSM（振動(dòng)磁強(qiáng)計(jì)）測(cè)量Sb2-xCoxTe3和Bi2-xCoxTe3的M-H以及M-T曲線，結(jié)果顯示Bi2-xCoxTe3(x=0.02、0.05)和Sb2-xCox

6、Te3(x=0.08)樣品具有室溫鐵磁性。Bi2-xCoxTe3材料的鐵磁性隨著摻雜濃度的增加先增強(qiáng)后減弱，Bi1.95Co0.05Te3材料具有最強(qiáng)的室溫鐵磁性，其飽和磁化強(qiáng)度達(dá)到40 memu/g，矯頑力為50.0 Oe。Bi1.92Co0.08Te3的鐵磁性消失。對(duì)于Co摻雜Sb2Te3基材料，隨著摻雜濃度的增加，Sb2-xCoxTe3的鐵磁性隨之增強(qiáng)，Sb1.92Co0.08Te3表現(xiàn)出室溫鐵磁性，室溫下Sb1.92Co0.08