Co、Sn共掺杂ZnO晶体的制备及其磁性

采用6 mol/L KOH作为矿化剂,SnO2、CoCl2和ZnO按物质的量比为0.02∶0.5∶1的比例混合作为前驱物,填充度70;,温度430℃,时间24h,采用水热法制备出Co、Sn元素掺杂的ZnO晶体.Sn元素掺杂明显改变了晶体的极性生长特征,较大面积的显露正极面c｛0001｝面,还显露柱面m{l0l0｝、正锥面p{1011｝、负锥面｛1011｝和负极面｛0001｝以及正锥面{1012｝和负锥面{1012｝,晶体长度约为50 μm.经过EDS测量表征,发现制备的ZnO单晶中Co元素的含量达到10.89at;,生成物中出现少量Co氧化物,SQUID测量表明样品主要表现为顺磁性.     

水热法生长的Co、Sn共掺杂ZnO晶体厚膜的顺磁性

采用水热法,6 mol/L KOH作为矿化剂,按物质的量比0.02∶0.5∶1添加SnO2、CoCl2和ZnO作为前驱物,填充度70%,温度430℃,以常规水热法制备的纯ZnO晶片为籽晶([0002]方向),在ZnO籽晶片上制备出多元掺杂的ZnO厚膜。厚膜呈墨绿色,EDS测量显示Co和Zn元素的相对含量为7.47∶92.53。电学测量晶体膜层为n型导电类型,载流子浓度1.15×1020cm-3,电阻率1.94×10-3Ω.cm,迁移率27.8 cm2/V.s,SQUID测量表明厚膜为顺磁性。     

高浓度Co掺杂ZnO晶体的水热法制备及磁性

采用水热法以CoO、ZnO混合为前驱物制备了ZnO晶体,矿化剂为6 mol/L KOH,填充度70;,温度430℃,两种样品CoO、ZnO组分物质的量百分比分别为0.5∶1和1∶1.当前驱物为nCo∶nZn=0.5∶1时,合成出Zn1-xCoxO晶体,Co元素掺杂量分别为6.83 at;和9.30 at;.当前驱物中nCo∶nZn=1∶1时,Zn1-xCoxO晶体中Co掺杂比例达到9.31 at;,同时伴有Co3O4生成,其中Zn掺杂比例达到14.59 at;,SEM显示,所制备的Zn1-xCoxO具有明显的ZnO晶体特征,形态完整,最大尺度约为50 μm.SQUID测量显示,生成物中Zn1-xCoxO晶体具有顺磁性,Zn1-xCoxO和Co3-xZnxO混合晶体也显示为顺磁性.     

Co掺杂对ZnO晶体中光生电子瞬态过程的影响

采用气相反应制备了ZnO和ZnO∶Co微晶,并通过热释光研究了材料中的电子陷阱能级(施主能级),采用微波介电谱研究了材料的光生电子瞬态过程.发现纯ZnO热释光谱有两个峰,分别为-183 ℃和-127 ℃,说明存在两个电子陷阱能级;而ZnO∶Co中热释光信号很弱,只有纯ZnO的十分之一.微波介电谱研究表明,由于电子陷阱对导带电子的驰豫作用,纯ZnO材料导带光电子的衰减为一级指数过程,寿命为802 ns.ZnO∶Co微晶体的最大微波介电谱强度低于纯ZnO晶体的五分之一,电子陷阱密度较小,其光生电子快速衰减,过程仅为10～20 ns.结果说明Co掺杂具有明显的抑制电子陷阱能级生成的作用.