Ⅰ-Ⅱ2-Ⅲ-Ⅵ4族多元硫化物磁性半导体的制备及其性能研究

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磁性半导体因其兼具电子电荷和电子自旋两种特性而受到广泛的关注,但磁性半导体较低的居里温度一直制约着此类材料的发展。因此研制出具有高居里温度的磁性半导体仍然是发展重点。多元硫族化合物因其组成和结构的多样性和灵活性逐渐进入人们的视野,经过多年的研究,也取得了很大的发展。但目前制备出来主要集中在有序体系,无序型体系的研究还相当有限,主要集中在I-III-VI2,I2-IV-VI3,I2-II-IV-VI4族化合物。最近,有课题组成功制备出无序相纤锌矿型结构I-II2-III-IV4族化合物。这说明该类无序相类金刚石型硫属化合物还有着极大的发展可能性。因此,本文采用热注入法,制备I-II2-III-IV4族化合物,并对其相关性能进行研究,进一步丰富了该体系的内容。研究内容主要包括:(1)以油酸为配位剂,十二硫醇为硫源,自制乙酰丙酮盐为前驱,利用热注入法制备六方纤锌矿型CuNi2InS4,通过表征分析,结果显示,实验产物结晶性良好,无杂相。形貌呈子弹头均匀分布,长度大约为15 nm左右,宽度在510nm范围之内。各元素分别以Cu+、Ni2+、In3+、S2-化学价态存在。经退火处理后结果显示,六方纤锌矿CuNi2InS4在400 oC时发生分解,生成六方相CuInS2和Ni3S4;在600 oC时CuInS2发生相变,由六方相转化为四方相。可见波长处具有很强的吸收能力,外推光学带隙为1.45 eV。磁性方面,在低温时表现出铁磁性,在室温下表现为顺磁性。尼尔温度为12 K,此温度下发生磁性转变。(2)以油胺为配位剂,十二硫醇为硫源,自制乙酰丙酮盐为前驱,利用热注入法制备四方相CuNi2InS4,通过表征分析,结果显示,结晶性良好,形貌呈现不规则的圆形,分散较均匀,其尺寸为纳米级,直径1525 nm不等。在可见波长处具有很强的吸收能力,外推光学带隙为1.58 eV。磁性方面,在低温时表现出铁磁性,在室温下表现为顺磁性。尼尔温度为14 K,此温度下发生磁性转变。(3)以油酸为配位剂,十二硫醇为硫源,自制乙酰丙酮盐为前驱,利用热注入法制备六方纤锌矿型CuNixZn(2-x)InS4,通过表征分析,结果显示,按照Zn、Ni不同的掺杂比例所制得的样品均为六方纤锌矿结构,且无杂相生成,Zn和Ni离子占据相同的晶格位置,随着掺杂Zn离子的增多,因其半径较大,使得晶面间距变大,其XRD峰型向低角度偏移。六方纤锌矿型CuNixZn(2-x)InS4不同比例掺杂的实验样品吸收光强度不同。六着x的减小,也就是实验样品中的Ni含量逐渐减小,Zn含量逐渐增多,其吸收强度增强。且随着x的减小,其光学带隙逐渐增大。
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