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稀磁半导体(简称 DMS),是指过渡金属磁性离子部分无序取代半导体中的阳离子而形成的一类新型半导体材料。稀磁半导体将半导体与磁性这两种现代工业前沿技术中非常重要的两部分结合在了一起,兼具有半导体和磁性的性质,即在一种材料中同时应用自旋和电子电荷两种自由度,因而稀磁半导体倍受人们的关注。 众所周知,Sb2Te3与 Bi2Te3属于室温附近最好的热电材料。最新理论发现这两种材料具有拓扑绝缘体性质,在高压、低温条件下和化学掺杂时表现出超导等特性,所以本论文选取过渡金属掺杂Sb2Te3与Bi2Te3基半导体材料作为研究对象。通过探索制备工艺以及优化实验参数制备 Co掺杂 Sb2Te3与 Bi2Te3基样品,通过优化掺杂工艺改善过渡金属掺杂 Sb2Te3与Bi2Te3基稀磁半导体的磁性。主要结果与结论如下: 1)本文使用真空熔炼技术制备过渡金属掺杂Sb2Te3基和Bi2Te3基稀磁半导体材料,通过对制备工艺进行优化,成功制备出了单相的Co掺杂Sb2Te3基以及Co掺杂Bi2Te3基样品。由于Co进入Sb2Te3和Bi2Te3晶格中取代的Sb或Bi的位置,使得掺杂后Sb2Te3基和Bi2Te3基样品具有更大的晶格常数。Bi1.98Co0.02Te3样品的晶格常数:a=b=4.3892?(相对Bi2Te3增加了0.09%),c=30.5341?(相对Bi2Te3增加了0.17%);Sb1.98Co0.02Te3样品的晶格常数:a=b=4.2763?(相对Sb2Te3增加了0.34%),c=30.4957?(相对Sb2Te3增加了0.15%)。晶格常数变化量主要与原子半径比有关。 2)通过对样品的热电性能测试发现,Sb2Te3基和Bi2Te3基半导体材料掺Co后,材料的电导率和热导率同时发生了改变,在这两个参数同时变化的情况下,材料的热电优值并没有得到明显改善,实验中电导率以及热导率的变化主要是由于掺杂前后载流子浓度和迁移率的变化所造成的。 3)本论文中通过在Bi2Te3材料中掺入Co来提高Bi2Te3的磁电阻。通过真空熔炼方法成功制备出单相的Bi1.98Co0.02Te3材料,当x=0.02时,磁电阻的数值达到最大值,在2K、9 T条件下,Bi1.98Co0.02Te3磁电阻达到335%。 4)本论文集中研究了Co掺杂Sb2Te3和Bi2Te3材料的磁性能。通过VSM(振动磁强计)测量Sb2-xCoxTe3和Bi2-xCoxTe3的M-H以及M-T曲线,结果显示Bi2-xCoxTe3(x=0.02、0.05)和Sb2-xCoxTe3(x=0.08)样品具有室温铁磁性。Bi2-xCoxTe3材料的铁磁性随着掺杂浓度的增加先增强后减弱,Bi1.95Co0.05Te3材料具有最强的室温铁磁性,其饱和磁化强度达到40 memu/g,矫顽力为50.0 Oe。Bi1.92Co0.08Te3的铁磁性消失。对于Co掺杂Sb2Te3基材料,随着掺杂浓度的增加,Sb2-xCoxTe3的铁磁性随之增强,Sb1.92Co0.08Te3表现出室温铁磁性,室温下Sb1.92Co0.08Te3样品的剩磁为0.8 memu/g,矫顽力为94.4 Oe。