宽带隙和窄带隙稀磁半导体的电性与磁性研究
稀磁半导体材料的结构与性质
稀磁半导体材料的结构与性质稀磁半导体材料是一类具有特殊磁性和半导体特性的材料，它们在磁性和电子学领域具有重要的应用潜力。
本文将探讨稀磁半导体材料的结构与性质，并介绍一些相关的研究进展。
一、稀磁半导体材料的基本概念稀磁半导体材料是指在晶体中含有稀土元素或过渡金属离子的半导体材料。
这些材料既具有半导体的电子学特性，又具有磁性的特点。
稀磁半导体材料的磁性来源于其中的稀土或过渡金属离子的磁性，而半导体特性则来自于材料的能带结构。
二、稀磁半导体材料的结构稀磁半导体材料的结构通常是由晶体结构和离子掺杂结构两部分组成。
晶体结构决定了材料的晶格参数和晶体对称性，而离子掺杂结构则决定了材料中的稀土或过渡金属离子的位置和取代程度。
在晶体结构方面，稀磁半导体材料常采用锌刚石结构或闪锌矿结构。
锌刚石结构的晶胞中包含两个互相取代的离子，其中一个是半导体基底元素（如锌或镓），另一个是稀土或过渡金属离子。
闪锌矿结构的晶胞中也包含两个互相取代的离子，但其中一个是半导体基底元素，另一个是稀土或过渡金属离子。
离子掺杂结构的设计和控制对于稀磁半导体材料的性能至关重要。
通过掺杂不同的稀土或过渡金属离子，可以调节材料的磁性和半导体特性。
此外，还可以通过掺杂不同的浓度和位置，实现材料的磁性和电子学特性的优化。
三、稀磁半导体材料的性质稀磁半导体材料的性质主要包括磁性和电子学特性。
磁性是稀磁半导体材料的重要特征之一，它可以通过外加磁场或温度的变化来调节。
稀磁半导体材料通常具有铁磁、反铁磁或顺磁性质，这取决于其中的稀土或过渡金属离子的自旋排列和相互作用。
除了磁性，稀磁半导体材料还具有半导体的电子学特性。
这些材料的能带结构和导电性质可以通过离子掺杂和外加电场来调节。
稀磁半导体材料的能带结构通常包括导带、价带和禁带，电子和空穴的运动在其中起着重要的作用。
稀磁半导体材料的磁性和电子学特性使其在磁性存储、磁性传感器和自旋电子学等领域具有广泛的应用前景。
Cu掺杂ZnO的光学带隙和磁学性能关系
Cu掺杂ZnO的光学带隙和磁学性能关系罗霜;王古平;王欢;王智辉;彭昭军【摘要】ZnO, Zn0.99Cu0.01O,Zn0.97Cu0.03O,Zn0.95Cu0.05O andZn0.92Cu0.08O powder crystals were synthesized by auto-clave hydrothermal method. Particle sizes, structural properties, optical band gap and magnetism performance were an-alyzed by SEM, XRD, UV-VIS and VSM, respectively. The results revealed that both pure ZnO and Zn0.99Cu0.01O have wurtzite structure and no secondary phase was detected. While, CuO secondary phase appears gradually and particle sizes, structure parameters, the (002)preferred orientation of main phase ZnO have varied with Cu doped content in-crement. The striking similarities between changes in preferred orientation, optical band gap and saturation magnetiza-tion indicated a strong correlation between these properties. The higher(002)preferred orientation is, the smaller opti-cal band gap is, and the stronger saturation magnetization is. Zn 0.95Cu0.05O has a smallest optical band gap, and a highest saturation magnetization, which enhance 57%compared with pure ZnO.%采用高压釜水热法制备了不同Cu掺杂摩尔配比组分的ZnO,Zn0.99Cu0.01O,Zn0.97Cu0.03O,Zn0.95Cu0.05O和Zn0.92Cu0.08O粉晶.利用SEM,XRD,UV-VIS和VSM研究了样品的颗粒尺寸、结构特性、光学带隙和饱和磁化强度间关系.XRD结果表明ZnO和Zn0.99Cu0.01O为纤锌矿结构ZnO,未发现杂质第二相.随着Cu掺杂含量增加,样品逐渐产生CuO杂质第二相,主相ZnO的结构参数和(002)晶面择优取向发生变化.SEM显示样品颗粒为纳米级别,其大小随Cu掺杂含量增加有所不同.择优取向、禁带宽度和饱和磁化强度存在密切关联.(002)择优取向越高,光学带隙越小,饱和磁化强度越大.Zn0.95Cu0.05O达到最大值,相比于纯ZnO,饱和磁化强度提高了57%.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】5页(P8-12)【关键词】高压釜水热法;磁学性能;光学带隙;Cu掺杂;ZnO【作者】罗霜;王古平;王欢;王智辉;彭昭军【作者单位】台州学院物理与电子工程学院,浙江台州 318000;台州学院物理与电子工程学院,浙江台州 318000;台州学院物理与电子工程学院,浙江台州318000;台州学院物理与电子工程学院,浙江台州 318000;台州学院物理与电子工程学院,浙江台州 318000【正文语种】中文【中图分类】O611.3稀磁半导体（Dilute magnetic semiconductors，DMSs）由于兼具有电子的电荷和自旋双重属性，因此，在自旋电子器件方面具有潜在的应用[1]。
半导体物理学中的半导体能带理论与能带间隙分析
半导体物理学中的半导体能带理论与能带间隙分析半导体能带理论是半导体物理学的基础，它是理解半导体行为和特性的重要理论模型。
半导体能带理论将电子在半导体中的运动和能量分布描述为围绕原子核的能带结构。
在能带理论中，半导体的电子由两个主要的能带组成，即价带和导带。
价带中的电子处于较低能量状态，不参与电流传导；而导带中的电子能量较高，可以导致电流流动。
能带之间的能量差称为能带间隙。
半导体能带理论的发展可以追溯到20世纪中叶，此前，人们对于材料中电子行为的理解仅仅局限于金属和绝缘体的行为。
通过实验观察到的现象和理论推导，科学家们开始认识到，半导体具有介于金属和绝缘体之间的特性。
他们发现，在某些特殊的材料中，电子的行为与能量与电路中电流的行为有着密切的关系。
半导体能带理论的核心概念是“带隙”或“能带间隙”。
在半导体中，价带和导带之间的能量差距被称为能带间隙。
这个能带间隙决定了半导体的导电性能以及其他许多特性。
能带间隙大小与材料的种类密切相关。
一般来说，带隙较小的半导体在室温下更容易导电，而带隙较大的半导体则需要更高的能量激发才能导电。
能带理论还解释了半导体中电子行为的一些重要特性。
例如，材料中的电子处于能带中的不同态，在外加电场或热激发等作用下，电子可以跃迁自价带到导带，形成电流。
此外，能带理论还解释了半导体中的禁带掺杂。
掺杂是指向半导体中引入一些杂质，以改变其导电性能。
半导体通过掺杂可以增加其导电性能，例如从n 型半导体变为p型半导体。
能带理论的发展不仅为半导体物理学提供了基本的理论基础，也为半导体器件的设计和制造提供了重要的指导作用。
半导体器件例如晶体管、二极管和光电二极管等都是基于半导体能带理论的原理工作的。
在设计和制造这些器件时，能带理论不仅可以提供有关器件特性和性能的重要信息，还可以指导材料选择和结构优化，从而获得更好的器件性能。
值得一提的是，尽管半导体能带理论已经广泛应用于半导体物理学和器件工程中，但这并不意味着它是完美的。
稀磁半导体材料的研究报告
稀磁半导体材料的研究报告摘要：稀磁半导体材料是一类具有磁性和半导体特性的材料，具有广泛的应用前景。
本研究报告旨在综述稀磁半导体材料的研究进展、特性及其在电子学和磁学领域的应用。
通过对已有研究成果的梳理，总结了稀磁半导体材料的磁性机制、电子结构调控以及其在磁存储、自旋电子学和量子计算等方面的应用。
本报告的目的是为进一步推动稀磁半导体材料的研究和应用提供参考。
引言：稀磁半导体材料是一类具有特殊磁性和半导体特性的材料，其磁性源于材料中的稀土或过渡金属离子。
稀磁半导体材料的研究和应用在近年来引起了广泛的关注。
稀磁半导体材料不仅具有传统半导体的电子学特性，还具有可调控的磁性，这使得它们在磁存储、自旋电子学和量子计算等领域具有潜在的应用价值。
主体：1. 稀磁半导体材料的磁性机制稀磁半导体材料的磁性源于其中稀土或过渡金属离子的自旋。
通过控制离子的自旋排列和相互作用，可以实现材料的磁性调控。
常见的稀磁半导体材料包括铁磁半导体、锰磁半导体和铜磁半导体等，它们的磁性机制各不相同。
研究人员通过磁性测量、电子顺磁共振等方法揭示了这些材料的磁性行为，并提出了相应的磁性模型。
2. 稀磁半导体材料的电子结构调控稀磁半导体材料的电子结构对其磁性和半导体特性具有重要影响。
通过控制材料的组分、晶格结构和掺杂等手段，可以调控材料的能带结构和磁性行为。
例如，通过掺杂过渡金属离子或调控晶格结构，可以实现材料的铁磁性、反铁磁性或非磁性。
此外，利用外加磁场、光照等外界调控手段，也可以实现稀磁半导体材料的电子结构调控。
3. 稀磁半导体材料在磁存储中的应用稀磁半导体材料在磁存储领域具有广阔的应用前景。
由于其可调控的磁性和半导体特性，稀磁半导体材料可以用于实现高密度、低功耗的磁存储器件。
研究人员通过调控材料的磁性和电子结构，设计了多种新型磁存储器件，如自旋转矩传感器、磁随机存取存储器等，取得了一系列重要的研究进展。
4. 稀磁半导体材料在自旋电子学中的应用稀磁半导体材料在自旋电子学领域也具有重要应用。
fe（cu）掺杂ge（si）基稀磁半导体薄膜的结构与磁性分析
AbstractToday, the information processing is developing fast. The transfer and storage ofinformation are still base on the classical methods —controlling the charge and spin of electron, respectively. With the increase of information we need, the disadvantage of the classical semiconductors and ferromagnets working independently is coming forth. The diluted magnetic semiconductors (DMSs) based on both the charge and spin of electron have been one of the most interesting fields. Due to the incorporation of transition metal elements or rare earth elements, DMSs have many strange properties, compared to the classical semiconductors. DMSs have potential applications in the future.A lot of studies on Mn doped Ⅳ group DMSs have been reported on theories and experiments. In spite of the delightful results, the discussions on the origin of the ferromagnetism and on the application are requiring further studies. In this paper, we have prepared Fe and Cu doped Si/Ge semiconductors. As following works:1. We have prepared Fe-doped Ge1-x Fe x films on Si substrates, with the substrate temperature of 473 K, and then the samples were annealed at 873 K for 20 min in vacuum. XRD measurements showed that all the samples had a Ge crystal structure, without any other secondary phases. The doped Fe atoms existed as Fe2+ mostly in the sample, with only a few Fe0. A majority of Ge atoms existed as Ge0, with some Ge-O and Ge-Fe bonds. In the sample with Fe-doped concentration about 11.3%, Fe3+ ions appeared. Magnetic measurements revealed that the samples were ferromagnetic at low temperature, and the Curie temperature was about 300 K. The ferromagnetism arises from the interaction between the random magnetic Fe atoms.2. The Si(Fe,N) films were prepared by Fe ions implantation using metal vapor vacuum arc technology and N ions implantation using Kaufman technology. XRD measurements revealed that ion-implantation did not change the crystal structure of Si matrix, without any other secondary phases. XAFS suggested that Fe ions were at thesubstituted sites in the low-dose implanted sample, and formed FeSi2 complex in theVhigh-dose implanted sample. The magnetic domain was observed in MFM. Magnetic measurements showed that the maximum saturated magnetization was 0.46 µB/Fe in the lowest-dose implanted sample (2.0×1016 cm-2). In site and post annealing both reduced the magnetization. Hall effect measurements revealed that the doped samples were n-type. Furthermore, the saturated magnetization decreased with the increase of the carries concentration. The ferromagnetism of the implanted samples was not dependent on the concentration of the carries, but on the substituted magnetic Fe atoms.3. The Cu-doped Si:Cu films were prepared by Cu-ion implanted into n-Si(100) substrate using metal vapor vacuum arc technology. XRD measurements showed that the singlecrystal structure changed to polycrystal structure after Cu-ion implantation, with some defects, such as interstitial Cu, interstitial Si and Si vacancy, but without any other secondary phases. Cu ions existed as Cu+ ions in the as-implanted samples, and after rapid thermal annealing in a N2 environment, a few Cu2+ ions appeared in the sample. Hall effect measurements revealed that the Cu-ion implanted Si samples were p-type. Magnetic measurements suggested that all the samples were ferromagnetism at room-temperature. The ferromagnetism was from the interaction between the Cu+ ions and Si vacancies mediated by the hole carriers.Key Words: magnetic semiconductor ion implantation magnetic domain Hall Effect transport propertyVI学位论文原创性声明本人所提交的学位论文《Fe/Cu掺杂Ge/Si基稀磁半导体薄膜的结构及磁性研究》是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的原创性成果。
半导体材料的制备、结构与磁性研究
By Lv Zhicong Supervisor: Associate Prof. Zheng Haiwu May, 2013
关于学位论文独创声明和学术诚信承诺
本人向河南大学提出硕士学位申请。本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导 师的指导下独立完成的， 对所研究的课题有新的见解。 据我所知， 除文中特别加以说明、 标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括其 他人为获得任何教育、科研机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 在此本人郑重承诺：所呈交的学位论文不存在舞弊作伪行为，文责自负。
学位申请人（学位论文作者）签名： 201 年 月 日
关于学位论文著作权使用授权书
本人经河南大学审核批准授予硕士学位。作为学位论文的作者，本人完全了解并同 意河南大学有关保留、使用学位论文的要求，即河南大学有权向国家图书馆、科研信息 机构、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文（纸质文本和电子文本）以供公众检 索、查阅。本人授权河南大学出于宣扬、展览学校学术发展和进行学术交流等目的，可 以采取影印、 缩印、 扫描和拷贝等复制手段保存、 汇编学位论文 （纸质文本和电子文本） 。 （涉及保密内容的学位论文在解密后适用本授权书） 学位获得者（学位论文作者）签名： 201 学位论文指导教师签名： 201 年 月 日 年 月 日
I
能与未补偿自旋和表面各向异性有关。 （2）对 n 型 6H-SiC(0001) 单晶片进行室温 160 keV N 离子注入，注入剂量为 2× 1016/cm2 和 1× 1017cm-2。为避免沟道效应，注入时样品表面法向与离子束方向偏离 7o。 将注入后的样品在 N2 气氛下 850oC 快速退火 10 分钟便得到 N 离子注入 6H-SiC 单晶样 品。通过 X 射线衍射仪，原子力显微镜，正电子湮没多普勒展宽谱、寿命谱及超导量 子干涉仪等对 6H-SiC 单晶样品的结构、形貌、微结构缺陷以及磁学性能进行了研究。 测试结果表明 6H-SiC 单晶样品离子注入后没有团簇或者第二相的出现，并且样品表面 变得粗糙。正电子湮没寿命谱测试结果显示样品中主要的缺陷类型是硅单空位。N 离子 注入 6H-SiC 单晶样品的室温铁磁性可能是由于样品中的硅单空位和 N 替代 C 原子共同 产生的。 （3）室温下对 n 型 6H-SiC(0001) 单晶片进行能量 200 keV 的 Cu 离子注入，注入 剂量为 8× 1015/cm2。注入时样品表面法向与离子束方向偏离 7o 以避免产生沟道效应。样 品在 N2 气氛下 850oC 快速退火 15 分钟。X 射线衍射仪和 X 射线光电子能谱仪测试没 有发现与铁磁相关的第二相。 正电子湮没寿命谱测试结果表明样品中主要的缺陷类型是 硅单空位，并且缺陷浓度在离子注入后增大。Cu 离子注入 6H-SiC 单晶样品的室温铁磁 性可能是由于样品中的硅单空位和 Cu 替代 Si 原子共同作用的结果。
宽禁带稀磁半导体材料研究进展
由于 电子 同时具 有 电荷和 自旋 ２
种属性 ， 其 中， 利用 电子 的电荷 属性能 够制备 出半 导体 器件 ， 利用 电子 的 自 旋 属性 则 可 以得 到大 容 量 信息 存 储
（ Ｍｎ） 、 铁（ Ｆ ｅ ） 、 钴（ ＣＯ ） 、 铬（ ｃｒ ） 、 镍 （ Ｎｉ ） 、 铜（ Ｃｕ ） 等］ 或稀土金属元素， 使其 获 得 铁磁 性 能的 一 类新 型 功 能 材料 。 所 掺入 的磁性 金属 原子 替代 了
Ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ， Ｄ Ｍ Ｓ） 应运 而生 。
多 物理 参数 ， 如 禁带 宽度 、 晶格 常数 、 磁性 离子和载流子浓度 等。 因此 ， 宽禁 带ＤＭＳ 材料才显示 出许 多独特 的物理
性质 。 ＤＭＳ 材料 中局域磁离子与导带 、 价 带 电子之 间 的相 互作 用 ， 使其 能带
下注 入 自旋 极化 电子。 目前可 能 的 自 旋 电流 产生 方 式有 ： 欧姆 注 入 、 隧 道
注入 、 弹道 电子注入 、 ＤＭ Ｓ 注入 。 最后
的Ｄ ＭＳ 存在 稳定铁磁态 ， 其Ｔ ｃ 可随带
隙宽 度增 加 而提 高 ， 他 预 计 掺 杂ＴＭ
成 为材 料界 的研 究热 点。 本文论 述 了
１ ０ ０ ｍｅ Ｖ， 这 种 大 劈 裂 现 象 称 作 巨
的晶格位置 。 ２ ０ ０ ０ 年Ｄｉ ｅ ｔ ｌ 基于传 统的 Ｚ ｅ ｎ ｅ ｒ 载 流子 与局域 自旋交 换相 互作 用模 型 ， 通过理 论计 算预 言 了宽 禁带 半导体氮化镓 （ Ｇａ Ｎ） 和 氧化锌 （ Ｚ ｎ Ｏ） 具有 居里 温度 （ Ｔｃ ） 高于 ３ ０ ０ Ｋ的铁磁 性 Ｄｉ ｅ ｔ ｌ 认 为 以宽禁带半导 体为基体
关于Li掺杂非磁性半导体SnO2的磁性研究
关于Li掺杂非磁性半导体SnO2的磁性研究作者：刘昱闫羽来源：《现代交际》2016年第06期[摘要]采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法分析Li掺杂SnO2材料，研究了Li替代Sn原子掺杂和氧空位缺陷对SnO2体系电子结构和磁性的影响。
计算结果表明，含有氧空位的SnO2体系是非磁性态，而含有氧空位的Li替代掺杂SnO2体系的基态是磁性态。
Li替代Sn掺杂使SnO2体系产生磁性，并且磁矩随掺杂原子浓度的增加而增大，氧空位缺陷使替代掺杂的SnO2体系的形成能降低，这表明有氧空位的情况下，替代掺杂更容易形成。
电子结构分析表明，体系磁矩的产生主要来源于替代原子周围的O原子p轨道的贡献，从理论上解释了产生磁矩的原因。
[关键词]第一性原理 Li掺杂 SnO2 磁性[中图分类号]O483 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2016）06-0144-03最近关于非磁性离子掺杂稀磁半导体材料的磁性研究引起了物理学界的广泛关注。
稀磁半导体作为一种最有希望实现自旋电子学应用的功能性材料，可以通过掺杂导致磁性。
氧化物半导体SnO2具有高透光性、高化学稳定性和高导电性，被广泛应用于气体传感器、透明导电电极、催化剂载体和太阳能电池等方面。
非磁性离子掺杂可以有效地消除非内禀磁性所产生的影响，而且SnO2属于宽带隙半导体，能够实现n型载流子重掺杂（在温度为300k时，禁带宽度达3.6eV）。
实验研究发现，非磁性的SnO2掺杂非磁性的元素Li后，具有铁磁性，其饱和磁矩随掺杂Li离子浓度的增加而增加。
目前关于Li掺杂SnO2产生磁性规律的机制还没有报道。
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法分析Li掺杂SnO2材料，研究了Li替代和氧空位对SnO2电子结构和磁性的影响，并进行了对比分析，得到了有意义的结果。
一、理论模型和计算方法（一）理论模型理想的SnO2属于四方金红石结构，每个Sn原子周围包含有6个氧原子，Sn原子处于氧八面体中心。
Zn基稀磁半导体磁性及输运性质的研究
Zn基稀磁半导体磁性及输运性质的研究稀磁半导体兼有磁性和半导体材料的性质,可以同时实现对电子电荷和自旋的调控。
作为最有潜在应用价值的自旋电子学材料,稀磁半导体备受研究者的关注。
本世纪初,Dietl等人从理论上预测了过渡金属掺杂ZnO和GaN宽带隙半导体材料的居里温度要高于室温。
该预测重新燃起了人们对过渡金属掺杂ZnO、ZnS 稀磁半导体的研究热情。
稀磁半导体的磁性容易受合成方法及条件的影响,有些表现铁磁性,有些是反铁磁性,有的甚至是自旋玻璃态或顺磁性。
此外,稀磁半导体的磁性来源一直存在争论。
进一步阐明稀磁半导体的铁磁性机理,获得稳定的室温铁磁性是我们关注的热点。
本文主要研究了Co掺杂ZnO,ZnS纳米材料的磁性及其他性质。
具体内容如下:（1）我们通过化学共沉淀法成功制备了晶粒尺寸在4纳米左右的闪锌矿结构的Zn<sub>0.97</sub>Co<sub>0.03</sub>S超细纳米颗粒。
氢气退火处理2 h后,Zn<sub>0.97</sub>Co<sub>0.03</sub>S的晶体结构从闪锌矿结构转变为纤锌矿结构,而且在室温下可以观察到明显的磁滞回线。
结合第一性原理与相关测试,我们认为Zn<sub>0.97</sub>Co<sub>0.03</sub>S的铁磁性来源于以间隙H为媒介的Co离子之间的铁磁耦合。
（2）为了阐明铁磁性的来源并且获得具有铁磁性的催化剂,我们对Zn<sub>0.98</sub>Co<sub>0.02</sub>O纳米颗粒进行了不同氛围的退火处理（真空,氢气,先真空后氢气）。
制备态及真空退火处理的Zn<sub>0.98</sub>Co<sub>0.02</sub>O是顺磁性的,而氢气退火处理的Zn<sub>0.98</sub>Co<sub>0.02</sub>O则具有室温铁磁性。
宽禁带稀磁半导体材料研究进展
宽禁带稀磁半导体材料研究进展作者：黄庆红来源：《新材料产业》 2013年第11期文/ 黄庆红工业和信息化部电子科学技术情报研究所为适应现代信息技术超高速、超高频和超大容量的发展趋势，研究者开始关注同时具备磁性及半导体特性的材料。
从20世纪80年代开始，研究者尝试将少量的磁性原子掺入非磁性宽禁带半导体材料中，以获得磁性半导体材料，制备出集磁、光、电于一体的低功耗新型半导体电子器件。
因此，宽禁带稀磁半导体（D i l u t e d M a g n e t i cSemiconductor，DMS）应运而生。
由于电子同时具有电荷和自旋2种属性，其中，利用电子的电荷属性能够制备出半导体器件，利用电子的自旋属性则可以得到大容量信息存储器件。
宽禁带D M S同时具有电子的电荷属性和自旋属性，可直接与已有的半导体工艺相集成，在开发光、电、磁多功能集成新型器件方面具有重要用途，可广泛用于未来的磁（自旋）电子器件，在磁性物理学和半导体物理学之间架起了一座桥梁，从而使传统的电子工业面临一场新的技术革命。
宽禁带D M S在室温下具有铁磁性，因而成为材料界的研究热点。
本文论述了宽禁带稀磁半导体材料的特殊物理性质，总结其研究现状，归纳研究重点，并展望了其应用前景。
一、宽禁带DMS 材料的物理特性1. 定义宽禁带半导体材料是指禁带宽度E g≥ 3.2e V的半导体材料。
宽禁带D M S是在非磁性宽禁带半导体材料中通过掺入少量磁性过渡族金属元素〔（Transition Metal，TM），如锰（M n）、铁（F e）、钴（C o）、铬（C r）、镍（N i）、铜（C u）等〕或稀土金属元素，使其获得铁磁性能的一类新型功能材料。
所掺入的磁性金属原子替代了半导体基体晶格中部分阳离子所处的晶格位置。
2000年D i e tl基于传统的Z e n e r载流子与局域自旋交换相互作用模型，通过理论计算预言了宽禁带半导体氮化镓（GaN）和氧化锌（ZnO）具有居里温度（T c）高于300K的铁磁性。
窄带隙半导体
窄带隙半导体
窄带隙半导体是一种特殊的半导体材料，其带隙较窄，通常在1电子伏特以下。
这种材料在电子学领域有着重要的应用，尤其在光电器件和激光器件中发挥着关键作用。
窄带隙半导体具有独特的电学性质，主要体现在其能带结构上。
由于其带隙较窄，电子在受到激发后可以跃迁到导带中，形成自由载流子，从而表现出较高的导电性能。
这使得窄带隙半导体在光电转换过程中具有更高的效率，因此在太阳能电池和光电检测器等领域得到广泛应用。
窄带隙半导体还具有较强的光吸收能力，对可见光和红外光具有很好的响应。
这使得其在激光器件中有着重要的应用，例如红外激光器和激光雷达等。
窄带隙半导体的光电特性还使其成为研究光电效应和光学性质的重要材料。
窄带隙半导体的研究和开发已经取得了许多重要成果。
例如，铅盐半导体是一类重要的窄带隙半导体材料，具有优异的光电性能和热稳定性，被广泛应用于红外探测器和激光器件中。
此外，近年来钙钛矿材料也备受关注，其窄带隙特性和优异的光电性能使其成为光伏领域的研究热点。
窄带隙半导体的研究不仅推动了光电器件和激光器件的发展，也为新型功能材料的设计和合成提供了重要参考。
随着科技的不断进步
和需求的不断增长，窄带隙半导体必将在更多领域展现出其重要作用，为人类社会的发展做出更大贡献。
总的来说，窄带隙半导体作为一种重要的功能材料，其独特的电学性质和光学特性使其在光电子学领域具有广阔的应用前景。
通过不断深入的研究和开发，相信窄带隙半导体将为人类带来更多的科技创新和发展机遇。
SnO2稀磁半导体的制备与性能研究
目录摘要 (1)关键词 (1)1 概述 (2)1.1引言 (2)1.2稀磁半导体的研究概述和自旋电子学 (3)1.2.1自旋电子学 (3)1.2.2稀磁半导体定义和分类 (4)1.3稀磁半导体中的交换互作用 (4)1.3.1 d-d交换作用和磁性 (5)1.3.2 sp-d交换作用和磁性 (5)1.4稀磁半导体中的磁极化子 (6)1.5稀磁半导体的研究概况和进展 (6)1.5.1稀磁半导体的研究概况 (6)1.5.2稀磁半导体的研究进展 (7)1.6 SnO2半导体的结构及基本性质 (9)1.6.1 SnO2半导体的晶体结构 (9)1.6.2 SnO2半导体的能隙 (9)1.6.3 SnO2半导体的光电性质 (10)1.6.4 SnO2半导体的气敏性质 (10)1.6.5 SnO2半导体的湿敏性质 (10)1.6.6锰掺杂二氧化锡薄膜基稀磁半导体的应用前景 (11)2 锰掺杂二氧化锡薄膜的制备 (11)2.1溶胶-凝胶法制备锰掺杂二氧化锡薄膜 (11)2.1.1基本概念和原理 (11)2.1.2溶胶凝胶体系的选用 (12)2.1.3试验设备与器材 (12)2.1.4试样制备过程 (13)2.1.5薄膜结构的表征方法 (14)2.2 SnO2：Mn薄膜的结构和性能分析 (16)2.2.1样品表面形貌XRD的结果与分析 (17)2.2.2 样品SEM的结果与分析 (17)3 全文总结 (17)致谢 (19)参考文献 (20)SnO2稀磁半导体的制备与性能研究摘要SnO2薄膜作为新型功能材料，在现代技术领域得到了广泛的应用。
对于它的制备方法，确定了采用溶胶－凝胶旋涂法制备SnO2薄膜的工艺。
以无机金属SnCl2·H2O和MnCl2·4H2O为原料，采用溶胶凝胶旋涂法制备得到组成、微观结构、性能良好的2%Mn掺SnO2薄膜。
本文系统研究了热处理温度、薄膜厚度和锰掺杂浓度对SnO2薄膜微观结构、薄膜组成的影响。
稀磁半导体
稀磁半导体及其主要性质和应用稀磁半导体（Diluted magnetic semiconductors, DMS）是指非磁性半导体中的部分原子被过渡金属元素（transition metals, TM）取代后形成的磁性半导体，因兼具有半导体和磁性的性质，即在一种材料中同时应用电子电荷和自旋两种自由度。
从实际应用中来看，以半导体材料为支撑的大规模集成电路空前的规模和高频率器件在信息处理和传输中扮演着重要的角色，在这些技术中它们都极大的利用了电子的电荷属性；而信息技术中另一个不可缺少的方面——信息存储（如磁带、光盘、硬盘等）则是由磁性材料来完成的，它们极大地利用了电子的自旋属性。
然而人们对于电子电荷与自旋属性的研究和应用是平行发展的，彼此之间相互独立。
如果能同时利用电子的电荷和自旋属性，无疑将会给信息技术带来崭新的面貌，稀磁半导体就可以实现这些功能，并且由此产生了一门新兴学科，即自旋电子学。
我们所知的常见的半导体材料都不具有磁性，如：Si、Ge、GaA s、InP、ZnO、GaN、SiC等，而具有磁性的材料如：Fe、Co、Ni等及其化合物不具有半导体的性质，而且它们与半导体材料的表面势垒不能很好地相容。
半导体可以通过少量n型或者p型掺杂改变其特性，因此人们想到了通过掺入磁性离子来获得磁性的方法，在GaAs、GaN、InP、ZnO等化合物半导体中掺杂引入过渡金属（或稀土金属）等磁性离子，由于磁性离子与半导体导带中电子的自旋交换作用以及过渡金属离子之间的自旋交换作用可导致这类材料的磁性。
这种通过部分取代非磁性离子而产生的磁性与本征磁性有一定的区别，称其为“稀磁”。
一般地讲，在化合物半导体中，由磁性离子部分地代替非磁性阳离子所形成的一类新型半导体材料，称之为“稀磁半导体”，它具有很多独特的性质和广泛的应用。
DMS材料同时利用电子的电荷属性和自旋属性，具有优异的磁、磁光、磁电性能，使其在磁感应器、高密度非易失性存储器、光隔离器、半导体集成电路、半导体激光器和自旋量子计算机等领域有广阔的应用前景，已成为材料领域中新的研究热点。
宽禁带半导体异质结构二维电子气的量子输运性质及磁性研究的开题报告
宽禁带半导体异质结构二维电子气的量子输运性质及磁性研究的开题报告一、研究背景和意义宽禁带半导体异质结构是一种重要的半导体材料，在微电子技术、光电子技术、传感器技术等领域有广泛应用。
它的特点是能量带隙宽度较大，电子迁移率高，具有优异的电学、光学性能和独特的输运性质。
二维电子气是指电子只能沿着异质结构界面垂直于平面方向自由运动的电子，其行为跟三维体材料中自由移动的载流子不同。
二维电子气在宽禁带半导体异质结构界面处分布较广泛，是该结构最重要的物理特性之一。
近年来，越来越多的研究表明，在宽禁带半导体异质结构中存在着一种新型的输运现象：整体量子霍尔效应。
这种效应是指当温度趋近于绝对零度时，外部磁场下电子的自旋与轨道耦合而形成一个分立的、具有高度相干性的量子态，使得在不同的结构中间形成自旋极化的二维电子气。
这种电子气具有非常特殊的输运性质，能够产生高品质的量子霍尔效应和反常霍尔效应。
因此，对于宽禁带半导体异质结构中二维电子气的量子输运性质及其磁性的研究意义重大。
二、研究内容和目的本研究旨在通过理论和实验相结合的方法，深入探究宽禁带半导体异质结构二维电子气的量子输运性质及磁性。
具体内容包括以下几个方面：1. 建立合适的理论模型，研究宽禁带半导体异质结构中二维电子气的输运性质，如传导特性、能量分布、谷极化等。
2. 借助仿真软件，模拟宽禁带半导体异质结构中二维电子气的输运特性，并进行数值计算和理论分析。
3. 利用实验手段，研究宽禁带半导体异质结构中二维电子气的磁性，通过磁化率和磁旋转角度等方面探究量子耦合效应。
4. 在上述研究基础上，评估和优化宽禁带半导体异质结构中二维电子气的性能，并提出相应的改进方案。
三、研究方法本研究采用“理论计算、仿真模拟、实验研究、数据分析”等多种方法进行探究。
具体方法如下：1. 理论计算：收集现有的相关文献，建立宽禁带半导体异质结构中二维电子气的理论模型，利用基础物理原理和计算力学方法进行计算和分析。
Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基新型稀磁半导体磁电性质的研究进展
文章编号:1001-9731(2021)02-02057-09Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基新型稀磁半导体磁电性质的研究进展*李越,陈婷,叶燕,丁守兵,毋志民(重庆师范大学物理与电子工程学院光电功能材料重庆市重点实验室,重庆401331)摘要:稀磁半导体(D i l u t e d M a g n e t i cS e m i c o n d u c t o r,D M S)是一种兼具半导体性与磁性且具有优异独特磁光㊁磁电功能的新型半导体材料㊂首先介绍了D M S的研究进展及其分类,重点阐述了Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基D M S的磁电性质,在实验方面和理论计算方面所取得的研究进展,包括Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族D M S的制备方法㊁基本磁性质㊁磁性起源㊁输运性质及光学性质等㊂目前已经证实了某些D M S材料的铁磁性起源机制,一些新型D M S材料的最高居里温度(C u r i e t e m p e r a t u r e,T c)已经可以与(G a,M n)A s相比拟,并克服了传统稀磁半导体难以解决的问题㊂最后对Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族D M S的发展和应用前景进行了展望㊂关键词:新型稀磁半导体;Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族;磁电性质;T c调控中图分类号: T B34;O469文献标识码:A D O I:10.3969/j.i s s n.1001-9731.2021.02.0080引言作为20世纪改变人类生活最重要的发明之一,计算机已经成为了人们生活中不可或缺的一部分,而计算机技术的革新与半导体材料的发展密不可分㊂例如,信息的处理和传输是利用了半导体材料的电子电荷属性所制造的集成电路或高频率器;而信息的存储则是利用了磁性材料的电子自旋属性所制造的存储器或光盘等[1-3]㊂随着信息技术的迅猛发展,人们对信息的载体提出了运算更快㊁容量更大㊁体积更小㊁能耗更低的要求㊂研究者发现如果能制备出一种可以同时操控半导体材料的电子电荷自由度和磁性材料的电子自旋自由度的半导体,并用来进行信息的处理㊁传输和储存,就有望突破摩尔定律瓶颈㊂而由磁性过渡族金属离子或稀土金属离子部分替代Ⅲ-Ⅴ族或者Ⅱ-Ⅵ族等非磁性化合物半导体中的阳离子后所形成的一种新型半导体 稀磁半导体(D i l u t e dM a g n e t i c S e m i c o n d u c t o r,D M S),因其兼具半导体特性和磁性,可以同时利用电子电荷和自旋两种自由度,得到了广泛关注和研究[4-5]㊂图1(a)非磁的普通半导体;(b)浓缩的磁性半导体;(c)稀磁半导体[6]F i g1N o n-m a g n e t i c g e n e r a l s e m i c o n d u c t o r,c o n c e n-t r a t e d m a g n e t i c s e m i c o n d u c t o r a n d d i l u t e dm a g n e t i c s e m i c o n d u c t o r[6]稀磁半导体又可称为半磁半导体(S e m i m a g n e t i c S e m i c o n d u c t o r,S M S),由于其相对于普通的磁性材料而言,D M S中的磁性元素相对较少,因此被称为稀磁半导体[7],(如图1所示)并且由于在非磁性半导体中引入了微量磁性原子,改变了原有半导体中的某些微观机制,包括能带结构和载流子的行为等,使得新型的D M S在电㊁光㊁磁学方面具有优异而独特的性质,如:反常霍尔效应㊁负磁阻效应㊁巨塞曼效应㊁巨法拉第旋转等[2]㊂并且在光电子学领域以及自旋电子学领域同样展现出广阔的应用前景,可以制造各种性能优越的功能器件,如稳定的存储器㊁自旋阀㊁逻辑器件㊁自旋二极管㊁高速光开关㊁高密度非易失性存储器㊁磁感应器等[3,8]㊂与传统D M S不同,新型Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基D M S 不仅能够实现电荷与自旋的分离注入,还在制备块体材料㊁构造异质结㊁增加磁性离子固溶度和提高居里温度(C u r i eT e m p e r a t u r e,T c)等方面有极大的改善和发展㊂因此,Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基新型D M S材料具有重要的研究意义和广阔的应用前景㊂本文首先介绍了D M S的研究进展和分类;然后,重点综述了Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族新型D M S材料在实验与理论计算方面的研究进展,并对其发展和应用前景进行了展望㊂1稀磁半导体的发展和分类简介1.1稀磁半导体发展简介稀磁半导体的研究和发展经过了4个重要的阶段(如图2),最早可追溯到20世纪60年代,人们发现在E u基硫族化合物和C r基尖晶石材料中存在半导体性75020李越等:Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基新型稀磁半导体磁电性质的研究进展*基金项目:重庆市自然科学基金面上资助项目(c s t c2019j c y j-m s x m X0251)收到初稿日期:2020-08-17收到修改稿日期:2020-09-28通讯作者:丁守兵,E-m a i l:s h o u b i n g d i n g@c q n u.e d u.c n;毋志民,E-m a i l:z m w u@c q n u.e d u.c n作者简介:李越(1997 )女,重庆人,硕士,师承毋志民教授,主要从事磁电功能材料等方面的研究㊂和磁性共存的物理现象[9]㊂因此,第一代磁性半导体:浓缩磁性半导体开始被人们发现并展开研究㊂其中最具有代表性的是E u或C r的硫族化合物,即岩盐结构(N a C l-t y p e)以及尖晶石结构(S p i n e l s)㊂此类半导体的每个单胞中都含有磁性,但其170K的T c远低于实际应用要求,存在较难的载流子掺杂和异质结制备,且具有很差的半导体传输性和极强的绝缘性,使得此方面的研究进展缓慢[4,9-10]㊂图2稀磁半导体发展时间轴.F i g2T i m e l i n e o f d i l u t em a g n e t i c s e m i c o n d u c t o r s d e v e l o p m e n t20世纪80年代,第二代磁性半导体Ⅱ-Ⅵ族D M S 被广泛研究,具有代表性的是(C d,M n)T e㊁(Z n,M n) S e㊁(Z n,M n)T e半导体[11]㊂其具有较高的磁性离子浓度,掺杂水平可以高达80%,但在M n离子掺入化合物后只引入了局域自旋,对载流子的束缚和提供均无明显作用,且体系仅具有铁磁短程有序性㊂虽然Ⅱ-Ⅵ族D M S在实验制备上容易实现,但很难实现p型掺杂和n型掺杂,所以第二代磁性半导体在实际应用上受到了较大限制[9,12]㊂20世纪90年代,第三代磁性半导体:以(G a,M n) A s为代表的Ⅲ-Ⅴ族D M S被发现[9]㊂由于在(G a, M n)A s薄膜中可以观察到铁磁有序,所以促使人们对Ⅲ-Ⅴ族D M S开展了广泛的研究,使得沉寂许久的D M S领域重新掀起了研究热潮,同时促进了自旋电子学的发展㊂(G a,M n)A s易与非磁性半导体结合形成异质结构,在Ⅲ-Ⅴ族D M S中掺M n后铁磁转变温度可提升至170K,且有实验室已经制备出有关Ⅲ-Ⅴ族D M S的自旋电子学器件[11]㊂然而,在(G a,M n)A s(如图3(a))等Ⅲ-Ⅴ族D M S中,M n2+异价替代G a3+严重限制了M n离子的固溶度,并且空穴和自旋的同时引入,限制了电荷和自旋自由度的分离调控,导致无法制备n型半导体;此外,由于M n离子极易进入间隙位,这限制了半导体材料T c的提升㊂因此,在对Ⅲ-Ⅴ族D M S的研究上还是面临着许多难题[11,13-14]㊂图3(a)(G a,M n)A s晶体结构;(b)L i(Z n,M n)A s晶体结构[15].F i g3C r y s t a l s t r u c t u r eo f(G a,M n)A s a n dL i(Z n,M n)A s[15]为了解决上述难题,力求在前三代磁性半导体上有所突破,人们经过不懈的努力和探索,发现了一种自旋和电荷掺杂机制分离的新型稀磁半导体 Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族D M S,如L i(Z n,M n)A s㊁L i(Z n,M n)P等[13-14]㊂Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族D M S属于F-43m空间群,具有立方晶体结构,且其基体材料都属于直接带隙半导体,在掺杂过后会出现变为间接带隙半导体材料的现象㊂这种D M S主要是通过等价掺杂磁性离子引入自旋,使得体系具有较高的M n固溶度,且通过改变L i的含量调控载流子浓度,从而解决了磁性和电性的分离调控问题,增加了调控的维度㊂以L i(Z n,M n)A s为例(如图3 (b)),在Z n离子位等价掺杂M n离子克服了化学固溶度的问题;通过L i离子化学计量数的调节可成功调控载流子浓度[6,15]㊂1.2稀磁半导体的分类经过对D M S长达半个世纪的研究后,人们根据不同的分类标准及需求在不同的阶段对D M S进行了分类归纳(表1)[8,12,16-22]㊂从半导体材料方面分类,可划分为化合物半导体基D M S和单质半导体基D M S;从磁性元素的种类方面可分为磁性过渡金属元素基D M S和磁性稀土金属元素基D M S;从元素周期排列方面分类可分为以(C d,M n)T e为代表的Ⅱ-Ⅵ族D M S,以(G a,M n)A s为代表的Ⅲ-Ⅴ族D M S,该类最高T c已经达到了170K;以L i(Z n,M n)A s为代表的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族D M S,最高T c达到了50K;从化学计量比方面可分为以L i(Z n,M n)A s为代表的 111 型D M S,以(B a,K)(Z n,M n)2A s2为代表的 122 型D M S,最高T c已经达到了230K,以(L a,B a)(Z n,M n)A s O为代表的 1111 型D M S,最高T c为40K,以S r3L a2O5 (Z n,M n)2A s2为代表的 32522 型D M S的最高T c达到40K,以S r4T i2O6(Z n,M n)2A s2为代表的 42622 型D M S,最高T c为25K㊂850202021年第2期(52)卷表1 稀磁半导体分类T a b l e 1C l a s s i f i c a t i o no f d i l u t e dm a gn e t i c s e m i c o n d u c t o r s 分类标准材料类型典型D M S半导体材料化合物基[12](G a ,M n )A s 单质基[16]F e S i 磁性元素[17]磁性过渡元素基(G a ,M n )N磁性稀土金属元素基(G a ,G d )N 元素周期排列Ⅱ-Ⅵ族[12,18](Z n ,M n )T e ㊁(Z n ,M n )S eⅢ-Ⅴ族[12](G a ,M n )A sⅠ-Ⅱ-Ⅴ族[8]L i (Z n ,M n )A s ㊁L i (Z n ,M n )P化学计量比11 型 111型 122型[20] 1111 型[22]32522型[12] 42622型[12](Z n ,M n )S e[12](Z n ,M n )T e [18]L i (Z n ,M n )A s [8]L i (Z n ,M n )P [8]L i (Z n ,M n )N [19](C a ,N a )(Z n ,M n )2A s 2(B a ,K )(Z n ,M n )2A s [21]2(L a ,B a )(Z n ,M n )A s O (L a ,S r )(Z n ,M n )A s O(L a ,C a )(Z n ,M n )A s OS r 3L a 2O 5(Z n ,M n )2A s 2S r 4T i 2O 6(Z n ,M n )2A s 22 Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基稀磁半导体的研究进展目前,无论是二代㊁三代D M S 或者Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族新型D M S ,都存在T c 低于室温的缺陷[6,13,23]㊂在2005年,S C I E N C E 杂志曾提出125个 挑战人类认知极限 的重要科学问题,其中, 能否实现室温磁性半导体 这一科学问题在物质科学中居于前列[15,24-25]㊂因此,提高D M S 材料的T c 使其达到甚至高于室温一直是研究者们努力的方向㊂迄今为止,在Ⅱ-Ⅵ族D M S 和Ⅲ-Ⅴ族D M S 材料中,仅有Z n O 和C a N 两类材料出现了室温铁磁现象,但其磁性的起源和机理极具争议,且多为亚稳态材料,而(G a ,M n )A s 中的最高T c 也仅有190~200K [26]㊂因此,人们从实验制备和理论计算两个方面对Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基D M S 进行了深入研究,以期进一步理解其电输运性质和磁性的起源及机理,从而调控室温铁磁性,促进自旋电子学器件的制备和应用㊂2.1 实验制备方面由于D M S 材料具有优异的物理性能,用相对较低的成本制备高性能的膜和块体材料对半导体材料的生产具有重要意义,与Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族D M S 相比,Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族D M S 成功解决了M n 离子的低固溶度问题及自旋与电荷的分离调控问题㊂目前,用于Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族D M S 材料生长制备的技术已经比较成熟,主要有高温固相法等[2-3]㊂靳常青课题组[15,26]在M a s ㊅e k [13]对Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基新型D M S 材料L i Z n A s 理论计算的基础上,利用高温固相反应法合成了L i 1+y (Z n 1-x ,M n x )A s 多晶材料㊂通过X 射线衍射图谱(X -R a y Di f f r a c t i o n ,X R D )测试了材料的晶体结构,结果显示其与G a A s 材料同属于F -43m 空间群㊂电输运性质上,无论是L i 不足或是L i 过量,L i (Z n ,M n )A s 掺杂体系的电阻率都随温度降低或M n 离子浓度降低而升高,表现出明显的半导体性质,说明这两种情况下都会引入载流子,表明该体系成功调控了载流子浓度㊂在磁性表征方面,他们发现L i 过量体系中,当M n 离子浓度为3%时,具有接近3μB /M n 的饱和磁矩㊂L i (Z n ,M n )A s 具有较小矫顽力30O e ,有利于自旋操作的应用[27]㊂霍尔测量结果显示,当给该体系施加正磁场时,样品中会出现正向电压,表明L i (Z n ,M n )A s 材料为P 型半导体㊂通过μS R 测量,发现样品均匀掺杂,且所有的局域自旋都为有序排列,说明L i (Z n ,M n )A s 的铁磁性为该体系的本征属性㊂与(G a ,M n )A s 体系相比,两体系的铁磁性在有序矩㊁载流子浓度调控以及铁磁交换相互作用方面都呈现相似的性质,这与理论计算结果相对应㊂L i过量系统中的T c 随着M n 浓度的增加而增加,但最高T c 仅为50K (如图4(a )),离室温还有很大的差距[6]㊂为了提高Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基新型D M S 的T c ,改善材料的性能,掺杂不同的元素或者增加载流子浓度是两种有效的方法㊂王权等[23]用C r 替代M n 对L i Z n A s 材料进行掺杂,利用固相反应法制备了L i 1+y (Z n 1-x ,C r x )A s 样品,对其进行了基本物性探究,发现当C r 的掺杂浓度为10%时,T c 最高可达218K (如图4(b ))㊂此外,他们还确定了L i (Z n ,C r )A s 为立方晶体结构,与L i (Z n ,M n )A s 同属于F -43m 空间群㊂通过X R D95020李 越等:Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基新型稀磁半导体磁电性质的研究进展测量发现,晶格常数随C r掺杂量的增加而减小,表明C r对Z n的成功固溶㊂电输运性质方面,在L i过量的情况下,随着C r掺入量的增加,其电阻却显著增大,整个体系呈现半导体性质㊂霍尔测量结果证实了其也为P型半导体材料,表明L i(Z n,C r)A s材料更具有优越性,但与D e n g等[14]所预料的过量L i掺杂可产生n型载流子的结论不符,所以在探索n型半导体材料的路上还有很多挑战㊂磁性方面,当C r掺杂量在5%以下时,C r取代Z n引入了局域磁矩,但无长程有序;当C r 掺杂量在5%以上时,体系均呈铁磁有序,其中C r掺杂10%时,形成自旋玻璃态,15%C r掺杂时,矫顽力最大可达60814.4A/m,有效磁矩约为2~3μB/C r[26]㊂考虑到A s元素具有毒性,为提高实验安全性,秦川等[27]用P元素代替了A s,利用固相反应法成功制备了L i(Z n,M n)P样品㊂发现L i Z n P与L i Z n A s具有相同的晶体结构,也都为直接带隙半导体,并测量了材料的基础磁电性质㊂随后宁凡龙课题组[28,29]在此基础上进一步研究了L i1+y(Z n1-x,M n x)P材料的性质㊂发现该体系的晶格常数随着x㊁y的增加而增加,表明L i离子和M n离子的成功掺入㊂在电输运性质上,当x=0.10,y=0.15时,样品表现出明显的半导体性质㊂在磁性能方面,当M n离子浓度为3%时,每个M n离子有接近2个B o h r磁子(μB)的磁矩,同时具有约50O e的较小矫顽力,这为低场调控自旋应用提供了可能㊂核磁共振曲线和磁化率曲线的较完美重合证明了L i(Z n,M n)P样品中M n是均匀掺杂的,证实了该样品的铁磁性是由于M n磁矩的长程有序排列㊂当L i 过量时,对L i(Z n,M n)P进行了核磁共振弛豫时间测量,观察到局域电子和传导电子的自旋涨落行为,证明了载流子调控对磁有序具有重要作用[29];当L i含量一定时,随着M n含量增加,L i(Z n,M n)P的T c逐渐升高,约为22K(如图4(c)),与L i1+y(Z n1-x,M n x)A s 相近;而L i(Z n,M n)P的载流子浓度与L i(Z n,M n)A s 体系相比低了3个数量级㊂通常认为增加载流子浓度可以显著改善半导体性质,有利于T c的提升[15],因此,L i(Z n,M n)P较L i(Z n,M n)A s而言,在改进材料性质㊁提高T c等方面具有更大的研究前景㊂图4不同掺杂体系的M-T图,(a)L i1.1(Z n1-x M n x)A s,[26](b)L i1.1(Z n1-x C r x)A s,[23](c)L i1.15(Z n0.9M n0.1)P,[29](d)L i1.1(C d1-x M n x)P,[30](e)L i(Z n1-x-y M n x C u y)A s,[31](f)L i(Z n1-x-0.15C o x M n0.15)A s[32].F i g4M-Td i a g r a m so fd i f f e r e n td o p i n g s y s t e m s:(a)L i1.1(Z n1-x M n x)A s,[26](b)L i1.1(Z n1-x C r x)A s,[23](c)L i1.15(Z n0.9M n0.1)P,[29](d)L i1.1(C d1-x M n x)P,[30](e)L i(Z n1-x-y M n x C u y)A s,[31](f)L i(Z n1-x-0.15C o x M n0.15)A s[32]H a n等[30]发现M n掺杂到L i C d P中,会使得材料的T c比L i(Z n,M n)P有所提高,可达到45K(如图4 (d))㊂他们发现L i1+y(C d1-x,M n x)P材料的晶格常数随x,y单调变化,表明M n离子的成功掺入㊂在电输运性质方面,L i C d P基体材料呈半导体性质,且过量L i时的电阻率随温度的升高而降低,同样证明了M n 离子的有效掺杂㊂在磁性能方面,L i C d P基体材料呈反磁性,L i过量时,材料呈铁磁性,且矫顽力小于060202021年第2期(52)卷100O e,其中M n离子的浓度为2.5%时,具有接近0.94μB/M n的饱和磁矩,使得自旋操控成为可能㊂M a n[33]等将C u和M n掺杂到同一Z n离子中心成功合成了块状D M S材料B a(Z n,M n,C u)A s,并发现当C u掺杂到Z n离子中心时可产生载流子空穴㊂随后,郭胜利[28]等在此基础上尝试了C u-M n共掺杂L i Z n A s体系,发现L i(Z n,M n,C u)A s的晶格常数变化与L i(Z n,M n)A s体系的变化一致,表明M n,C u的成功掺杂㊂在电输运性质方面,当不含M n,且C u的含量为15%时,体系电阻率降低,表明C u引入载流子降低了体系的电阻率㊂M n-C u共掺改变了材料的温度依赖性,电阻率先在低温下先增加,然后在高温下又降低㊂当C u和M n在同一Z n离子位掺杂时,等价(M n,Z n)替代可引入局部自旋,(C u,Z n)替代可提供载流子空穴㊂从磁性方面来看,单掺C u时,不会引入磁矩,而当C u-M n共掺时L i(Z n1-x-y M n x C u y)A s体系表现出与(G a,M n)A s体系相同的铁磁有序性,当x =y=0.125时,T c最高可达33K(如图4(e)),具有小矫顽力40O e,有效磁矩达3.398μB/M n;而x=y= 0.15时,转变为自旋玻璃态㊂该体系丰富了自旋电子学器件的备选材料㊂C h e n等人[32]利用M n-C o共掺杂到Z n离子位的方法,研究了其对L i(Z n,C o,M n)A s体系铁磁有序态的影响㊂单掺C o/M n时,体系无铁磁有序,而当M n-C o共掺时,体系转变为铁磁有序,并且当M n的含量为5%时,饱和磁矩达到2.17μB/M n,与L i(Z n,M n) A s的饱和磁矩相当㊂体系具有低的矫顽力场100O e,表明了自旋操纵的可行性㊂但L i(Z n,C o,M n)A s体系的T c仅在40K左右(如图4(f)),离达到室温的目标还有很长一段距离㊂研究表明,M n离子的掺杂成功引入了自旋,而C o离子的掺杂成功引入了载流子,表明该体系自旋与载流子注入的成功分离㊂霍尔测试结果表明该掺杂体系为P型半导体㊂共掺体系的研究为探索更多的D M S材料提供了基础㊂2.2理论计算方面理论计算上,由于不受实验条件的限制,材料的电子结构㊁基本物性和磁性起源得到了充分的研究㊂Y u 等[34]和D j e r o u d等[35]在还未定义Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族D M S时发现,根据间隙插入规则,不能准确判断填充四面体半导体L i M g P的能带结构,需先进行完整的能带计算㊂M a s㊅e k等[13]在2007年第一次提出了Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族新型D M S的概念,发现L i Z n A s与G a A s的晶体结构和能带结构非常相似,都为直接带隙半导体,并且利用L D A+U的方法计算得出这两种材料具有非常接近的带隙值(L i Z n A s:1.61e V;G a A s:1.52e V),在已知(G a,M n)A s具有低的M n固溶度,且缺乏对局域磁矩和载流子浓度独立调控的情况下,运用C P A方法和外斯平均场理论估计了M n-M n自旋耦合的强度,发现L i(Z n,M n)A s比(G a,M n)A s具有更高的M n固溶度和更接近室温的T c,提出了通过调节L i的化学计量数来实现载流子浓度调控的方法㊂D j e r o u d等[35]在M a s㊅e k研究的基础上,运用第一性原理计算中的局域自旋密度近似首次对L i M g N,L i M g P和L i M g A s进行了研究计算,探究了压力对其电子结构和光谱的影响㊂S a t o等[36]利用基于密度泛函理论第一性原理计算中的K o r r i n g a-K o h n-R o s t o k e r c相干近似方法计算了M n掺L i Z n A s㊁L i Z n P和L i Z n N的电子结构,发现通过L i空位可以抑制体系的亚稳态分解,诱导M n离子间产生铁磁交换作用,还可提高体系的T c㊂W a n g等[37]通过第一性原理计算研究了C r掺杂L i Z n P材料的电子结构与磁性,发现C r掺杂体系具有自旋极化基态,呈铁磁性㊂T a o等[38]系统地研究了过渡金属(T r a n s i t i o n M e t a l,T M)元素V㊁C r㊁M n㊁F e㊁C o㊁N i对L i Z n P体系磁性机制的影响,发现V㊁C r㊁M n㊁F e的掺杂体系具有磁性,但C o㊁N i的掺杂体系不具有磁性,而V/L i㊁C r/L i的共掺体系具有铁磁有序性,M n/L i㊁F e/L i㊁C o/L i共掺体系则呈现反铁磁有序性,表明L i(Z n,T M)P体系的磁性可以通过掺入不同的TM元素来调节㊂在此基础上,C u i等[19]利用第一性原理系统地研究了V㊁C r㊁M n㊁F e㊁C o㊁N i掺杂L i Z-n N体系的电子结构和磁学特性,发现C r㊁M n㊁F e掺杂体系均呈反铁磁性,而V㊁C o㊁N i掺杂体系呈铁磁性,磁矩主要来自于T M-3d轨道,且V/L i㊁M n/L i㊁N/L i 共掺使体系的铁磁性更稳定,C r/L i㊁F e/L i㊁C o/L i共掺则使体系的反铁磁性也更具稳定性,表明L i的含量对于制备L i Z n N铁磁材料具有非常重要的作用㊂T a o 等[39]利用密度泛函理论研究了M n掺杂完美和缺陷2DL i Z n P薄膜材料的电子与磁学性质,发现M n掺2DL i Z n P偏向于自旋极化态,可使得2D材料存在稳定的铁磁性,并且当L i和Z n空位作为受体缺陷时,可以提高载流子浓度,从而增强材料的磁性㊂这为2D 材料的进一步研究奠定了理论基础㊂为了进一步探究Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族新型D M S的输运性质和磁性起源,提高材料的T c,同时实现自旋和电荷的分离调控,从而获得性能更好的D M S,毋志民课题组利用第一性原理对过渡金属(V,C r,M n,F e)掺杂Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族L i M X(M=M g㊁Z n㊁C a;X=A s㊁P㊁N)新型D M S的电子结构㊁磁性㊁T c和光学性质进行了系统的研究[5,40-47]㊂首先,对于L i X A s(X=Z n㊁M g)体系,王爱玲[40]对L i Z n A s体系进行了M n掺杂的理论计算研究,分析了体系的电子结构㊁半金属性㊁光学性质及形成能,发现体系具有半金属性质,在L i过量时可提高体系的T c,降低形成能使得体系更稳定,增强体系的导电性能㊂还发现通过分别调节L i含量和掺入M n16020李越等:Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基新型稀磁半导体磁电性质的研究进展含量可以调控体系的电性和磁性,表明L i Z n A s可实现电荷与自旋注入机制的分离调控㊂张恒源[41]对L i M g A s体系同样进行了M n掺杂的几何结构优化和计算,分析了其磁性㊁态密度㊁电子结构㊁差分电荷密度和光学性质等㊂发现L i过量时,体系从M n单掺时的半金属性变为金属性,磁性减弱,T c升高,结构更加稳定,并且体系的光学性质也同样随着L i的计量数发生相应改变㊂对于L i X P(X=M g㊁Z n)体系,陈婷[42,43]对L i M g P分别进行了M n掺杂和F e掺杂的第一性原理计算㊂发现在M n和F e的掺入都会引入一种比M g-P 更强的共价键,使掺杂体系表现出半金属铁磁性,并且L i的含量对体系的磁性㊁半导体性能㊁稳定性以及导电性能有明显的调控作用,说明L i M g P可以通过自旋与电荷注入机制的分离调控,来改善D M S材料的各种性质㊂贾倩[44]和杜颖妍[45]利用第一性原理的平面波超软赝势法分别研究了V和F e掺L i Z n P体系的电子结构㊁磁性㊁形成能㊁T c㊁光学性质等性质㊂发现V的掺杂引入了自旋极化杂质带,使得体系表现出半金属性;而F e的掺入使体系呈金属性,且导电性较L i Z n P 本征体增强,其光学性质也发生明显变化㊂还发现L i 的含量对材料的磁性和T c有重要的影响,当L i不足时,两种掺杂体系的T c都升高,磁性相对于单掺体系都有所减弱㊂杜成旭[46]选用可增强平均磁矩的磁性元素C r和可增加材料声子反射㊁降低材料热导率的非磁性元素A g单掺和共掺杂L i Z n P体系,利用L S D A 第一性原理计算方法计算分析了掺杂体系的电子结构㊁形成能㊁磁性㊁光学性质和差分电荷密度等性质㊂发现C r单掺时,L i(Z n,C r)P体系呈金属铁磁性,形成了强共价键;A g单掺时,L i(Z n,A g)P体系呈金属性,不显磁性;而A g-C r共掺时,L i(Z n,A g,C r)P体系呈半金属铁磁性,形成相互作用力最强的C r-P键,体系最稳定,在光学性质方面对介质密度影响也最大㊂对于L i X N(X=M g㊁C a)体系,邓军权[47]选择了不会在掺杂中产生铁磁性沉淀问题的非磁性元素C u来掺杂L i M g N,采用L S D A近似研究了掺杂体系的电子态密度㊁能带结构㊁T c和形成能等㊂发现当L i过量时,会使得L i(M g,C u)N体系由C u单掺时的半金属性变为半导体性,导电能力增强;而L i少量时会使体系更具稳定性,T c提高,磁性增强㊂刘洋华[5]利用第一性原理平面波超软赝势对M n掺L i C a N体系的计算研究发现,L i过量时,发生了可降低体系简并度的杨-泰勒效应,并在光学性质的能量损失函数中发现明显的蓝移效应和较强等离子体共振频率㊁较宽等离子振荡范围㊂3结语D M S作为一种兼具半导体与磁性且具有优异独特的磁光㊁磁电功能的新型半导体材料,具有广阔的应用前景㊂其中,Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族新型D M S由于解决了不能独立调控自旋与电荷自由度㊁低的磁性离子固溶度和难以制备多晶块材等问题,成为半导体领域的研究热点㊂目前对Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族新型D M S的研究无论在实验制备和理论计算方面都取得了重大突破,已经证实了某些D M S材料的铁磁性起源机制㊂更为重要的是,一些D M S材料的最高T c已经可以与(G a,M n)A s相比拟㊂但是还有更多种类的铁磁性机制需要去研究证实[3,18],并且理想的D M S需要拥有以下几个特点:T c 可以达到室温以上;可以选择n型掺杂或者p型掺杂;具有反常霍尔效应和优异的磁光效应;体系的铁磁性与掺杂体系的自旋劈裂关联[48]㊂因此,Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族新型D M S想要达到实用程度,首先需要将T c进一步提高至室温以上㊂最近有研究者提出通过化学加压[49]的方法增强铁磁交换作用,能够有效提高材料的T c,为此类材料的研究提供了一种新思路㊂目前,对自旋电子学器件的研制还处于基础阶段,有望通过将稀磁半导体㊁反铁磁半导体和超导体结合起来,形成新型异质结,探索设计更多的新型电子学器件㊂因此,在Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族新型D M S的研究方面,还存在诸多挑战和无尽的机遇㊂未来,通过不断优化掺杂磁性元素的浓度和调节载流子的含量,有望开发出高T c㊁大饱和磁矩的新型D M S,为设计㊁制备出达到实用程度的新型自旋电子学器件,探索新的物理效应和新的应用特性提供坚实的实验和理论基础㊂参考文献:[1] C h a n g K a i,X i a J i a n b a i.D i l u t e dm a g n e t i c s e m i c o n d u c t o r s-b r i d g i n g s p i na n dc h a r g e[J].P h y s i c s,2004,33(6):414-418(i nC h i n e s e).常凯,夏建白.稀磁半导体-自旋和电荷的桥梁[J].物理,2004,33(6):414-418.[2]H o uD e n g l u.P r e p a r a t i o na n d p r o p e r t i e so fd i l u t e d m a g-n e t i c s e m i c o n d u c t o r s[J].P h y s i c sE x p e r i m e n t a t i o n,2005, 25(8):3-7+11(i nC h i n e s e).侯登录.稀磁半导体的制备与性质[J].物理实验,2005, 25(8):3-7+11.[3] H o uZ h i q i n g,L i uD o n g z h o u,N aM u l a.R e s e a r c h p r o g r e s so n t h e p r e p a r a t i o n m e t h o d so fd i l u t e d m a g n e t i cs e m i c o n-d u c t o r s[J].Se m i c o n d u c t o r T e c h n o l o g y,2014,39(4):294-299(i nC h i n e s 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稀磁半导体
磁光效应的增强是 DMS材料的又一特性，光偏振面的角度变化（法拉第角）可以反映材料内部 d电子与 p及 s电子之间相互作用的相对强弱。
特性
负磁阻效应
交换作用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
增强磁光效应
磁性离子掺入到半导体中替代部分阳离子的位置形成稀磁半导体，通过局域自旋磁矩和载流子之间存在强烈 的自旋-自旋交换作用，在外加电场或者磁场的影响下，会使载流子的行为发生改变，从而产生异于半导体基质的 特性。
稀磁半导体自旋-自旋交换相互作用是 DMS材料区别于非磁半导体材料的关键，也是形成各种磁极化子的主 要原因。在 DMS中，交换作用包括类 s导带电子和类 p价带电子同磁性离子的 d电子间的交换作用(sp-d交换作 用)和磁性离子的 d电子间的交换作用(d-d交换作用)。
离子注入法
稀磁半导体在对于DMS材料的研究中，各国科研人员采用离子注入方法来引入磁性离子。
前景
稀磁半导体兼具半导体和磁性材料的性质，使同时利用半导体中的电子电荷与电子自旋成为可能，为开辟半 导体技术新领域以及制备新型电子器件提供了条件。
尽管对于DMS材料应用的研究尚处于实验探索阶段，但已展示出其广阔的应用前景。如将 DMS材料用作磁性 金属与半导体的界面层，实现自旋极化的载流子向非磁性半导体中的注入，可用于自旋极化发光二极管的制造。
稀磁半导体
非磁性半导体中的部分原子被过渡金属 元素取代后形成的磁性半导体
半导体材料能带结构研究报告
半导体材料能带结构研究报告研究报告：半导体材料能带结构摘要：本研究报告旨在探讨半导体材料的能带结构，分析其对材料电子性质的影响。
通过对半导体能带理论的介绍和不同能带结构的分析，我们可以更好地理解半导体材料的特性和应用。
1. 引言半导体材料是现代电子技术中不可或缺的组成部分，其特性由其能带结构决定。
能带结构是描述材料中电子能量分布的理论模型，对于解释半导体材料的导电性和光电性质具有重要意义。
2. 能带理论能带理论是描述材料中电子能量分布的基础理论。
根据能带理论，材料中的电子能量分布在一系列能带中，其中包括价带和导带。
价带是指材料中电子处于低能量状态的带，而导带是指电子处于高能量状态的带。
两者之间的能量间隙称为带隙。
3. 带隙对半导体特性的影响带隙的大小对半导体材料的导电性和光电性质具有重要影响。
带隙越大，材料的导电性越差，因为需要更大的能量才能使电子从价带跃迁到导带。
而带隙较小的半导体材料则具有较好的导电性能和光电转换效率。
4. 不同能带结构的分析半导体材料的能带结构可以分为直接带隙和间接带隙两种类型。
直接带隙材料中，价带和导带在动量空间中的最小能量点重合，电子跃迁容易发生，因此具有较好的光电转换性能。
而间接带隙材料中，价带和导带在动量空间中的最小能量点不重合，电子跃迁需要额外的动量转移，导致光电转换效率较低。
5. 材料工程中的应用对半导体材料能带结构的深入理解对材料工程具有重要意义。
通过调控材料的能带结构，可以实现对半导体材料的导电性、光电性质和能带对齐的控制，从而优化材料的性能和应用。
6. 结论本研究报告对半导体材料的能带结构进行了深入的研究和分析。
能带结构对半导体材料的导电性和光电性质具有重要影响，不同能带结构的材料具有不同的特性和应用。
对半导体材料能带结构的深入理解有助于优化材料性能和应用，推动半导体材料在电子技术领域的发展。
致谢：感谢所有参与本研究报告的研究人员和支持人员的辛勤工作和付出。
非磁性离子掺杂宽带隙半导体磁性的第一性原理研究的开题报告
非磁性离子掺杂宽带隙半导体磁性的第一性原理研究的开
题报告
1. 研究背景和意义：
宽带隙半导体是具有广泛应用前景的新型材料，由于其本身的性质和优良特性，近年来得到了越来越广泛的关注和研究。
其中，对于宽带隙半导体的掺杂和高温处理等问题的研究，能够提高其在电子、光电子、能源等领域的应用价值。
而对于宽带隙半导体材料的磁性探究，则可以扩展其新型材料的应用领域，为实际应用带来了新的思路和途径。
因此，本文的研究意义和价值在于通过第一性原理计算研究非磁性离子掺杂宽带隙半导体的磁性，为该类宽带隙半导体及其相关应用提供基础理论支撑。
2. 研究目的：
本文旨在通过第一性原理计算，研究不同非磁性离子掺杂后对宽带隙半导体的磁性影响以及其物理机制，揭示宽带隙半导体磁性的产生与调控机制，为探索新型材料的电子、光电子、能源等领域的具体应用提供基础理论支持。
3. 研究内容和方法：
（1）选择宽带隙半导体进行研究，分别控制其掺入不同的非磁性离子元素，通过先进的第一性原理计算方法，进行磁性计算，分析不同掺入情况下的化学性质、电子结构、局域磁矩、磁性等性质的变化，阐述其产生机制。
（2）基于计算获得的结果，进一步分析这种磁性在实际中可能存在的应用，如在电子信息存储中的应用，为类似领域提供新的思路。
（3）通过相关性实验验证，以建立相应的理论基础。
4. 研究预期结果：
实现非磁性离子掺杂宽带隙半导体后的磁性调控和机制解析，为探索该类新型材料的功能性应用提供基础理论支撑。
同时，为磁性材料的研究提供一种新的研究思路和方法。
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宽带隙和窄带隙稀磁半导体的电性与磁性研究稀磁半导体(DMS)既具有半导体性能又具有磁性,是良好的自旋电子器件材料。
本文着重研究宽带隙ZnO基稀磁半导体以及零带隙稀磁半导体PbPdO2的电性和磁性。
第一部分采用超声喷雾法制备ZnO:Cr薄膜,比较不同掺杂比例对薄膜结构、形貌、光学及磁学性能的影响。
研究表明,掺Cr抑制ZnO薄膜c轴择优取向的特性,并增大样品晶粒尺寸;3%掺杂比下样品有最大粒径。
掺杂样品均存在VZn(锌空位)、Zni(Zn间隙位)、VZn-(带一个电子的锌空位)内部缺陷态,且当掺铬3%时,VZn最多;铬的掺杂使得薄膜的带隙增大,并且x=3%时,禁带宽度最大;掺杂样品均具有室温铁磁性,掺3%Cr的样品的磁化强度最大,这与VZn(锌空位)最大相对应,验证了 Cr3+和VZn的缺陷复合体是ZnO:Cr样品具有稳定的铁磁有序的最有利条件的理论预测。
第二部分用脉冲激光沉积法分别制备(211)和(002)择优取向的PbPdO2薄膜(样品A和样品B),研究两类样品各项物理性质的差异。
结果表明两种样品均为颗粒膜,平均粒径达到200nnm;晶体不同择优取向对样品物理性质具有显著影响:随着温度上升,样品A功函数减小,而样品B几乎不变,这意味着样品B具有零(或小)带隙特性。
电性测试结果表明样品B具有更好的导电性。
两种样品在370K附近有一个很宽的金属-绝缘体转变温度TM1。
实验结果与本小组由第一性原理基于电子态密度的计算结果相一致。
第三部分采用脉冲激光沉积法制备离子掺杂(Fe,Co,Cu)PbPdO2薄膜,研究
掺杂对薄膜物理性能的影响。
结果表明,离子掺杂使薄膜从颗粒状转变为约
200nm棒状;电阻率测试结果表明,掺Fe使样品电阻率升高,掺Cu、Co使样品电阻率降低,导电性增强,;四种样品都存在一个很宽的金属-绝缘体转变温度TMI,并且掺杂样品的TMI较未掺杂样品都往低温方向偏移。
磁性结果表明,四种样品室温下均具有弱磁性,并且PbPd0.9Fe0.1O2的磁性最强。