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毕业论文-NiO基稀磁半导体薄膜材料，共92页，31611字
中文摘要
目前，稀磁半导体（DMS）正在引起越来越多的关注与研究，因为它在自旋
电子器件方面有着很大的潜在应用。例如，基于自旋的发光二极管，场效应晶体
管，共鸣隧道二极管等。这些都是在传统的半导体材料上通过引入电子自旋这个
自由度而具有的新的功能。
在本文中利用溶胶-凝胶法成功制备了 Li，Mn/Fe 体系和 Al，Co/Mn 体系的
NiO 薄膜材料。并对其磁性能，电性能，以及光电性能，磁光性能进行了表征。
并通过 X 光衍射（XRD），原子力显微镜（AFM）等手段对样品的相结构，微观
形貌进行了分析。
研究中发现，Fe、Mn 和 Li 共掺的薄膜以及 Mn，Al 共掺的薄膜显示出了室
温铁磁性，而 Co，Al 共掺的 NiO 薄膜不具有室温铁磁性。其中，Li，Mn 掺杂的
样品饱和磁感应强度高达 42emu/cm3，并且研究发现，样品的磁性能可以通过 Li
的掺杂来进行调节。这是由于 Li 含量的变化，使得空穴载流子的浓度发生变化，
影响了过渡族金属元素与载流子之间的磁性耦合交换作用。同时，NiO 薄膜还具
有电阻开关以及光开关的性质，并且可以通过 Li，Al 的掺入量来调节。最后的磁
光测试表明，在紫外光的照射下样品的磁感应强度呈增大的趋势，这个从实验角
度更加直观的验证了 RKKY 理论，因为在紫外光照下，只有载流子浓度增加，增
强了载流子与过渡族金属元素之间的磁性耦合交换作用，从而使得薄膜的磁感应
强度增加。
关键词：NiO 薄膜 稀磁半导体 溶胶-凝胶 光-电性能 磁-光性能
目录
第 1 章 引言 ...1
1.1 NiO 的性质及研究概况..1
1.1.1 NiO 的晶体结构和基本性质.1
1.1.2 NiO 的电学性质...2
1.1.3 NiO 的磁学性质...4
1.1.4 NiO 的光学性质...7
1.2 稀磁半导体 ..8
1.2.1 稀磁半导体特性 .8
1.2.2 稀磁半导体的研究现状 .9
1.2.3 稀磁半导体的应用 .13
1.2.4 稀磁半导体的磁性来源 .....16
1.3 选题的意义和内容 19
第 2 章 实验原理及测试方法 ...21
2.1 溶胶-凝胶法简介 ...21
2.2 测试分析技术原理 22
2.2.1 材料相组成测试设备 ...22
2.2.2 紫外-可见分光光度法的原理 ..24
2.2.3 超导量子磁强干涉仪测试原理 .....25
第 3 章 Li-Ni-Mn-O 体系薄膜的制备及其 DMS 性能 .....27
3.1 引论 27
3.2 薄膜的制备 27
3.3 薄膜的结构和形貌表征 ....28
3.3.1 薄膜的相结构分析 .28
3.3.2 薄膜的微结构分析 .29
3.4 薄膜的性能表征 ....30
3.4.1 薄膜的磁性能 ...30
3.4.2 薄膜的电性能（电阻开关性质） .31
3.4.3 薄膜的光-电性能 ....34
3.4.4 薄膜的磁-光性能 ....36
3.5 本章小节 ....39
第 4 章 Li-Ni-Fe-O 体系薄膜的制备及其 DMS 性能 .41
4.1 引论 41
4.2 薄膜的制备 42
4.3 薄膜的结构和形貌表征 ....42
4.3.1 薄膜的相结构分析 .43
4.3.2 薄膜的微结构分析 .43
4.4 薄膜的性能表征 ....44
4.4.1 薄膜的磁性能 ...44
4.4.2 薄膜的电性能（电阻开关性质） .45
4.4.3 薄膜的光-电性能 ....46
4.4.4 薄膜的紫外-可见光吸收光谱 ..48
4.5 本章小结 ....50
第 5 章 Al-Ni-TM-O 体系薄膜的制备及其 DMS 性能 ....51
5.1 引论 51
5.2 薄膜的制备 52
5.3 薄膜的结构和形貌表征 ....53
5.3.1 薄膜的相结构分析 .53
5.3.2 薄膜的微结构分析 .55
5.4 薄膜的性能表征 ....55
5.4.1 薄膜的磁性能 ...56
5.4.2 薄膜的电性能（电阻开关性质） .57
5.5 本章小结 ....58
第 6 章 结论 .59
插图索引 ... I
表格索引 ..V
参考文献 .....VII
致
声