[发明专利]固相热分解法制备过渡金属盐掺杂ZnO纳米晶及其方法

说明书

技术领域：

发明涉及一种半导体材料，尤其是用固相热分解法制备过渡金属盐掺杂ZnO纳米晶及其方法。

背景技术：

ZnO是一种宽禁带、直接带隙II-VI族半导体材料，具有较宽的带隙能量(3.37eV)，较低阈值的光泵浦及较大的激子结合能(60meV)，是一种具有很大潜在应用价值的紫外半导体光电器件材料。ZnO晶体为六方纤锌矿结构，晶格常数a＝0.325nm，c＝0.521nm[1]，与GaN具有相似的晶格结构及禁带宽度，并且ZnO比GaN具有更高的熔点(1975℃)，其激子束缚能远高于室温的热离化能(25meV)与GaN的激子束缚能(28meV)，在室温下已实现了以较低的能量产生激光，并已观测到在室温下的激子受激发射，因此ZnO迅速成为继GaN后新的研究热点。由于ZnO在声表面波滤波器、光子晶体、发射二极管、光检测器、光电二极管、光调节波导、变阻器、气敏传感器、太阳能电池等方面具有广泛的应用价值而日益受到人们的关注。

近年来凝聚态系统中的自旋动力学行为以及自旋量子器件的应用研究是当前凝聚态物理、信息科学及新材料等诸多学科领域共同关注的热点之一，目前已逐渐发展成为一个崭新的领域-自旋电子学。由于其在自旋量子计算机、自旋晶体管、自旋阀以及记忆装置等多种未来新型的基于自旋特征的量子器件上的潜在应用价值，因而近年来倍受科学界和电子工业界的关注。在自旋电子器件研究系统中，铁磁性半导体被认为是下一代利用电子的自旋自由度制作微电子器件的主要材料。其中最受瞩目的是稀磁(或半磁)半导体，其作法是将过渡金属替代半导体材料中的金属离子，使其产生自发的磁矩，控制其铁磁性质从而使材料的具有奇特的电及光特性。过去磁性半导体的研究主要是集中在III-V-Mn如(Ga，Mn)As及(In，Mn)As系统。然而，III-V-Mn其最高的居里温度(Tc)只有110K，离电子器件实用化的温度(室温以上)仍有一大段距离。因此，目前磁性半导体研究中最关键的技术在于如何将居里温度提高到实用化温度以上。根据Dietl等人的理论预测，将Mn掺入p型ZnO、GaN及金钢石中，将可能成功的制备出室温以上的磁性半导体。而在居里温度高于室温的材料中，由于ZnO有前述诸多优点，因此，ZnO基稀磁半导体材料更具应用潜力及研究价值。

过渡金属掺杂的ZnO薄膜通常是使用脉冲激光沉积(PLD)，磁控溅射(包含直流反应溅射，射频溅射)，分子束外延(MBE)，化学气相沉积(MOCVD)，超声波熔融，固相反应法和液相法(电化学、水热法、溶胶凝胶方法等)等。因为过渡金属掺杂的ZnO的磁性对于沉积条件十分的敏感，所以现在还没有形成何种方法可以得到最好的铁磁有序的稀磁半导体材料的。

目前，制备过渡金属掺杂ZnO主要集中在MBE，PLD，MOCVD等精密大型设备上，制备温度高(300℃以上)、成本高，由于高温制备过渡金属掺杂ZnO不利于磁性的获得。

发明内容：

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种固相热分解法制备过渡金属盐掺杂ZnO纳米晶；

本发明的另一目的是提供一种固相热分解法制备过渡金属盐掺杂ZnO纳米晶的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

固相热分解法制备过渡金属盐掺杂ZnO纳米晶，其特征在于，各组分按质量百分比为：

Zn(CH3COO)2·2H2O    44-50％

NaHCO3               46-48％

过渡金属盐           4-8％

所述的过渡金属盐为：乙酸锰、乙酸铁、乙酸钴、乙酸镍、硫酸锰、硫酸铁、硫酸钴、硫酸镍、硝酸锰、硝酸铁、硝酸钴或硝酸镍中的一种。固相热分解法制备过渡金属盐掺杂ZnO纳米晶的方法，包括以下顺序和步骤：

a、按质量百分比将44-50％的Zn(CH3COO)2·2H2O、46-48％的NaHCO3和4-8％的过渡金属盐在室温下混合；

b、混合后研磨至200目以下；

c、将研磨至200目以下的混合物在管式炉中进行热分解反应2-4小时，热分解温度为150℃-200℃；

d、将热分解反应后的混合物冷却至室温，用去离子水充分滤洗；

e、将充分滤洗后的混合物在100℃以下烘干2小时，即得到ZnO纳米晶。