MOCVD制备过掺杂GaN基稀磁半导体微结构研究

应用MOCVD方法我们在c轴取向的蓝宝石衬底上生长出Fe掺杂和Mn掺杂GaN薄膜。通过改变前驱物的通入量,我们制备出不同掺杂浓度的样品。应用高分辨透射电镜,我们对样品的微结构进行了分析。对于Fe过掺杂GaN样品,我们发现了六角结构的Fe3N团簇的存在,并且Fe3N(0002)面平行于GaN(0002)面;对于Mn过掺杂GaN样品,我们发现了六角结构的Mn6N2.58相的存在,并且Mn6N2.58(0002)面平行于GaN(0002)面。同时,由于晶格中掺入了大量掺杂离子,GaN晶格取向遭到了破坏,导致了部分GaN(0002)面的倾斜。磁学测量表明均一相的Fe掺杂GaN显现铁磁性,而均一相Mn掺杂GaN没有铁磁性。由于铁磁性Fe单晶和Fe3N团簇的存在,相比于均一性Fe掺杂GaN,过掺杂GaN样品的磁性大幅度增强,而Mn过掺杂GaN样品显现出很弱的铁磁性,这有可能来源于Mn6N2.58相。     

铁磁性纳米片间相互作用对其微波磁性的影响

在铁磁性元素中,交换能、偶极能和各向异性能之间存在复杂的竞争,因此,这种结构化介质的静态和动态性能与构成材料的固有磁特性,各个元素的形状和尺寸等有着密切的关系.这些多个自由度提供了对于通常未构图的磁性薄膜不可达到的新性能.本文通过将所研究的系统划分成立方体网格的三维阵列来对其进行建模,研究具有不同相对位置、纳米片间距、磁各向异性方向的两矩形铁磁性纳米片的微波磁性能.研究发现:与单个矩形铁磁性纳米片相比,具有不同相对位置、纳米片间距的两矩形铁磁性纳米片共振峰频率分布发生变化;当两矩形纳米片磁各向异性方向所呈角度由0°增加到30°时,其磁性质没有明显变化,而从30°到90°时,其磁性质对磁各向异性方向变化比较敏感.通过调控纳米片的相对位置、纳米片间距以及磁各向异性方向可以制备具有良好性能的吸收材料.     

氧化镓生长模拟中的流场与反应参数优化研究

建立了用于生长直径为15.24cm(6inch)的Ga₂O₃材料的氢化物气相外延(HVPE)生长腔的二维几何模型,对Ga₂O₃材料的生长进行了数值模拟。依次优化了GaCl进气速度、O₂进气速度、喷口到衬底间的距离等关键参数,在较高生长速率下使衬底上的Ga₂O₃膜厚相对均匀度达到7.02%。此外,对仿真中不同的反应活化能设置进行了对比实验,发现活化能参数虽然对平均生长速率有明显影响,但是对样品的生长速率分布及均匀性影响不大。     

高温高压合成Co掺杂ZnO基DMS及其磁性特征

采用高温高压方法将由溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备的Co掺杂ZnO基稀磁半导体纳米颗粒置于6GPa压强和1000℃环境中处理,并研究其结构和磁学性质.XRD,XPS以及HRTEM等结构测量和分析表明,在掺杂浓度不高时,Co2 离子被较好地掺杂到了 ZnO晶格中,没有第二相或者团簇存在;而在中高浓度掺杂时,有CoO相形成.SQUID磁性测量显示,样品具有室温铁磁性.     

HVPE生长的高质量GaN纳米柱的光学性能

GaN纳米材料因具有优异的晶体质量和突出的光学性能及发射性能,日益受到关注.研究了一种利用氢化物气相外廷(HVPE)系统生长高质量的GaN纳米柱的方法.使用镍作为催化剂,在蓝宝石衬底上生长出了GaN纳米柱.在不同生长时间和不同HC1体积流量下制备了多组样品,使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)谱对样品进行了分析表征.测试结果表明,在较低的HC1体积流量下,生长2 min的样品具有较高的晶体质量和较好的光学性质.讨论了不同生长阶段的GaN纳米结构发光特性的变化规律,认为纳米结构所产生的表面态密度大小差异会造成带边峰位的红移和展宽.     

高温高压合成Co掺杂ZnO基DMS及其磁性特征

采用高温高压方法将由溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备的Co掺杂ZnO基稀磁半导体纳米颗粒置于6GPa压强和1000℃环境中处理,并研究其结构和磁学性质.XRD,XPS以及HRTEM等结构测量和分析表明,在掺杂浓度不高时,Co2+离子被较好地掺杂到了 ZnO晶格中,没有第二相或者团簇存在;而在中高浓度掺杂时,有CoO相形成.SQUID磁性测量显示,样品具有室温铁磁性.     

Ag-N共掺杂ZnO电子结构的理论研究

采用基于DFT理论的第一性原理方法研究了Ag-N共掺杂纤锌矿ZnO的晶格结构和电子结构,计算了包括共掺杂体系的晶格常数、杂质形成能和电子态密度等性质。研究结果显示,共掺改善了杂质原子对体相晶格结构的扰动,提高了掺杂的稳定性。此外,电子结构的计算表明共掺形成的受主能级较单掺时更浅,且空穴态的局域性降低,从而改善了p型ZnO的传导特性,表明受主共掺可能是一种比较有潜力的p型ZnO掺杂方式。计算与实验结果符合,为受主共掺形成p型ZnO的机理提供了理论支持。     

栅控电势磁性隧道结的隧穿磁阻研究

基于Slonczewski理论模型和矩阵方法研究了由栅控制中间层电势高度的磁性隧道结的隧穿磁阻效应。数值计算了中间层势垒为0~3 V以及中间层势阱为0~3 V的磁性隧道结的隧穿磁阻随着中间层厚度改变的变化曲线。计算结果表明,当中间层为势垒时,隧穿磁阻随着中间层厚度单调下降;当中间层为势阱时,隧穿磁阻随着中间层厚度振荡,并且相比于势垒情况时明显提高。这说明栅控中间层磁性隧道结相比于传统磁性隧道结具有更好的可控性和提高隧穿磁阻效应的潜力。     

Fe/GaN、Fe3N/GaN的生长及其性能研究

应用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法,在c轴取向的GaN上生长出Fe颗粒薄膜以及Fe3N薄膜。应用XRD、AFM、XPS以及SQUID等技术对薄膜的结构、表面形貌以及磁学性能等性质进行了分析,结果表明六方结构的GaN上生长的Fe为立方结构,且以Fe(110)//GaN(0002)晶面以及Fe[001]//GaN[11■0]轴的方式存在,而生长的Fe3N为六方结构,且以Fe3N(0002)//GaN(0002)晶面以及Fe3N[11■0]//GaN[1ī00]轴的方式存在。同时,磁学分析表明,平行于薄膜方向为易磁化方向,垂直于薄膜方向为难磁化方向。     

由散射系数反演电磁参量的一种改进算法

传输/反射法中存在的多值性问题多年来颇受关注。本文考察了两套由散射系数反演电磁参量的公式,表明在满足折射率虚部不小于零、阻抗实部大于零和折射率正切角取值范围受阻抗正切角限制关系三条件时,两套公式均可确定阻抗和折射率虚部,并给出数量有限的、可能的折射率实部。在此基础上,利用相邻频率点电磁参量的连续性,可分别求出数个差异显著的电磁响应谱。依据对材料电磁性能的初步认识,不难选出合适的介电常数和磁导率。最后,通过实例检验了上述方法的有效性。