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研究生: 王孟秋
Wang Meng Chiu
論文名稱: 稀磁半導體Zn0.96-XFeXCu0.04O奈米線的製備與研究
Fabrication and Study of the Diluted Magnetic Semiconductor Zn0.96-XFeXCu0.04O Nanowires
指導教授: 開執中
陳福榮
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 85
中文關鍵詞: 稀磁半導體氧化鋅
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  • 本論文研究主要是在高溫的退火爐中以熱蒸鍍的方式成長出Zn0.96Cu0.04O奈米線,接著再利用離子佈植的原理將Fe摻雜入成長於石英基板之奈米線中。根據文獻上指出:具有銅的成分之ZnO塊材再摻雜磁性原子得到的磁性結果會比沒有銅成分的ZnO塊材來的好。所以本論文主要的討論主題為:將Fe原子佈植於摻有銅的Zn0.96Cu0.04O奈米線中,然後再利用穿透式電子顯微鏡、掃瞄式電子顯微鏡、X光能量分散光譜與電子損失能譜儀、超導量子干涉磁量儀等設備來觀察研究在不同的Fe佈植劑量、退火溫度下,其微結構與磁性的結果。
    利用電子顯微鏡發現離子佈植會影響Zn0.96Cu0.04O奈米線的結構,並且隨著佈植劑量的增高到5×1016cm-2,奈米線被破壞的情況也越明顯。佈植後的奈米線表面並不平整,應是佈植所造成的損傷。接著將離子佈值後之Zn0.96-xFexCu0.04O奈米線於600℃及700℃的退火溫度下做熱處理,我們發現在700℃退火的樣品磁性質的表現明顯較600℃退火差,這是由於700℃退火時產生了反鐵磁相的析出物ZnFe2O4導致。
    因此我們針對600℃退火的樣品來做研究。由EDS-map可以觀察到經過600℃退火後的Fe確實是均勻分佈在稀磁半導體Zn0.96-xFexCu0.04O奈米線中,而沒有特別聚集的現象。而在EELS中可以清楚觀察到Fe之L2、L3的特徵峰值,證實了鐵在Zn0.96Cu0.04O奈米線中的存在,並且發現Fe的氧化態較接近(Fe+2)。並且利用超導量子干涉磁量儀量測600°C退火之Zn0.96-xFexCu0.04O奈米線的磁性與溫度的關係圖,發現量測到的訊號為鐵磁訊號,且所測得的磁化量到300K皆不為0,呈現室溫的鐵磁行為。


    目 錄 一、前言 1 二、文獻回顧及研究動機 3 2.1稀磁半導體之構想與重要性 3 2.2目前稀磁半導體研究狀況 4 2.2.1稀磁半導體材料之研究背景 4 2.2.2稀磁半導體之應用 5 2.3 目前稀磁半導體主要研究目標 8 2.4 ZnO稀磁半導體材料之簡介 9 2.4.1 平均場理論(Mean Field Theory) 9 2.4.2 磁性來源的物理機制 11 2.4.3 ZnO基本性質與應用 13 2.4.4 過渡金屬在ZnO中的溶解度 14 2.4.5 ZnO稀磁半導體理論計算 15 2.4.6目前實驗結果 18 2.5氧化鋅摻雜銅之動機 20 三、實驗步驟與分析方法 23 3.1實驗流程 23 3.2 ZnCuO奈米線的合成 26 3.2.1實驗設備 26 3.2.2製備方法 26 3.3 離子佈植 28 3.3.1加速器 29 3.3.2佈植方法 30 3.4快速熱退火處理 31 3.5分析設備 32 3.5.1掃瞄式電子顯微鏡(SEM) 32 3.5.2穿透式電子顯微鏡(TEM) 33 3.5.3 X光能量分散光譜(EDS) 35 3.5.4電子損失能譜儀(EELS) 36 3.5.5 TEM試片製備 37 3.5.6超導量子干涉磁量儀(SQUID) 38 四、實驗結果與討論 40 4.1 SEM分析 41 4.2 TEM、EDS與STEM 分析 45 4.3 SQUID分析 71 4.3 EELS分析 75 五、結論 79 六、未來研究方向 81 七、參考文獻 82

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