專利名稱：Fe摻雜CuO稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于稀磁半導(dǎo)體材料制備工藝，特別是指一種!^e摻雜CuO稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法。
背景技術(shù)：
稀磁半導(dǎo)體是一種重要的磁性半導(dǎo)體材料，是利用具有凈磁矩的3d族過(guò)渡金屬元素或4f族稀土金屬元素的磁性陽(yáng)離子，替代II-VI族、IV-VI族、II-V族、III-V族等化合物半導(dǎo)體材料中的部分非磁性陽(yáng)離子，而形成的一種新型半導(dǎo)體材料。稀磁半導(dǎo)體具有電子電荷和電子自旋兩個(gè)自由度，同時(shí)具有半導(dǎo)體材料和磁性材料的雙重特性，利用稀磁半導(dǎo)體材料，人們可以期待制作出將磁、電集于一體的，具有穩(wěn)定性好、數(shù)據(jù)處理速度快、集成度高、功率損耗低等優(yōu)點(diǎn)的新型自旋電子器件。此外，由于磁性離子與半導(dǎo)體材料的相互作用，還具有很多獨(dú)特的光學(xué)、磁學(xué)和輸運(yùn)特性，在理論和實(shí)際應(yīng)用方面都得到越來(lái)越多的關(guān)注。特別是氧化物稀磁半導(dǎo)體是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)稀磁氧化物中的氧空位在材料鐵磁性的起源中起到了非常重要的作用，并制備出了具有高溫鐵磁性的稀磁氧化物。CuO是間接帶隙半導(dǎo)體材料，具有反鐵磁性，是一種用途非常廣泛的多功能精細(xì)無(wú)機(jī)材料。CuO是很多超導(dǎo)材料的主要成分，在太陽(yáng)能電池、催化劑和光電子等領(lǐng)域都有著眾多的潛在應(yīng)用。過(guò)渡金屬摻雜后的CuO稀磁半導(dǎo)體材料有可能在光學(xué)、輸運(yùn)性質(zhì)和磁性等方面出現(xiàn)新奇的性質(zhì)，從而很有希望被應(yīng)用于新型器件?，F(xiàn)在關(guān)于CuO基稀磁半導(dǎo)體的研究還相對(duì)較少，主要集中在Mn摻雜和!^e摻雜CuO稀磁材料，但對(duì)材料鐵磁性的起源尚無(wú)定論，存在很多爭(zhēng)議。此外，如何在材料合成過(guò)程中防止第二相的形成，獲取微結(jié)構(gòu)均勻的稀磁材料，也是一重要的研究課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種!^e摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，具有設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，操作方便；反應(yīng)條件容易控制；不需要溶劑，污染少的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供一種!^e摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，包括如下步驟步驟1 將CuSO4和!^eSO4分別按比例混合后，再與過(guò)量的NaOH充分混合，形成混合物；步驟2 將混合物在瑪瑙研缽中進(jìn)行研磨，使混合物充分接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不斷研磨直至反應(yīng)體系的顏色完全轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?，固相反?yīng)不再進(jìn)行，形成反應(yīng)產(chǎn)物；步驟3 將得到的反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水多次清洗，過(guò)濾出不溶于水的反應(yīng)產(chǎn)物；步驟4:將過(guò)濾出的不溶于水的反應(yīng)產(chǎn)物在干燥箱中烘干后研磨，得到前軀體粉末；步驟5 將前軀體粉末置于石英舟中，放入管式反應(yīng)爐的中部，在Ar氣氛下退火， 得到黑色的納米粉末，完成狗摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備。
其中CuSO4 和 FeSO4 的摩爾比為 0. 99-0. 9 0.01-0.1。其中過(guò)量的NaOH與CuS04、FeSO4之和的摩爾比大于2 1。其中研磨時(shí)間為20-40分鐘。其中烘干時(shí)的溫度為80-100°C，時(shí)間為5-10小時(shí)。其中退火的溫度為500°C _900°C，退火時(shí)間為50-70分鐘。其中納米粉末的分子結(jié)構(gòu)為CUhFiixO，其中x = 0. 01-0. 1。本發(fā)明的特點(diǎn)如下所述本發(fā)明是利用固相反應(yīng)法制備!^e摻雜CuO納米粉，設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，操作方便；反應(yīng)條件容易控制；不需要溶劑，污染少。通過(guò)在Ar氣氛下在500°C -900°C下退火，得到了 CiihFexO稀磁半導(dǎo)體材料。通過(guò)X射線衍射分析、透射電子顯微鏡和超導(dǎo)量子干涉儀磁強(qiáng)計(jì)對(duì)樣品的測(cè)試結(jié)果表明，本發(fā)明獲得的CUl_/ex0稀磁半導(dǎo)體材料具有鐵磁性，且沒(méi)有雜質(zhì)相出現(xiàn)。


下面通過(guò)具體的實(shí)施例及附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，其中圖1為本發(fā)明的方法流程圖；圖2為本發(fā)明方法在Ar氣氛下在500°C下退火60分鐘得到的Cutl95Fea5O樣品的 X射線粉末衍射圖譜；圖3為本發(fā)明方法在Ar氣氛下在500°C下退火60分鐘得到的Cutl95Fea5O樣品的透射電子顯微鏡圖像；圖4為本發(fā)明方法在Ar氣氛下在500°C下退火60分鐘得到的Cutl95Fea5O樣品的磁化強(qiáng)度-溫度曲線圖；圖5為本發(fā)明方法在Ar氣氛下在500°C下退火60分鐘得到的Cutl95Fea5O樣品的磁滯回線圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種狗摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法， 包括如下步驟步驟1 將CuSO4和!^eSO4分別按比例充分混合后，再與過(guò)量的NaOH充分混合，形成混合物，其中CuSO4和FeSO4的摩爾比為0. 99-0. 9 0. 01-0. 1，所述過(guò)量的NaOH與CuSO4, FeSO4之和的摩爾比大于2 1 ；步驟2 將混合物在瑪瑙研缽中進(jìn)行研磨，使混合物充分接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不斷研磨直至反應(yīng)體系的顏色完全轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?，固相反?yīng)不再進(jìn)行，形成反應(yīng)產(chǎn)物，其中研磨時(shí)間為20-40分鐘；步驟3 將得到的反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水多次清洗，過(guò)濾出不溶于水的反應(yīng)產(chǎn)物；步驟4:將過(guò)濾出的不溶于水的反應(yīng)產(chǎn)物在干燥箱中烘干，再在瑪瑙研缽中進(jìn)行研磨，得到前軀體粉末，所述烘干時(shí)的溫度為80-100°C，時(shí)間為5-10小時(shí)；步驟5 將前軀體粉末置于石英舟中，放入管式反應(yīng)爐的中部，向管式反應(yīng)爐中通
4入高純Ar氣，將前軀體粉末在Ar氣氛下退火，得到黑色的納米粉末，完成狗摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備，所述退火的溫度為500°C _900°C，退火時(shí)間為50-70分鐘，所述納米粉末的分子結(jié)構(gòu)為CUl_xFex0，x = 0. 01-0. 1。實(shí)施例請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D1所示，本發(fā)明提供一種摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，包括如下步驟步驟1 將CuSO4和!^eSO4分別按比例充分混合后，再與過(guò)量的NaOH充分混合，形成混合物，其中CuSO4和FeSO4的摩爾比為0. 95 0. 05，所述過(guò)量的NaOH與CuSO4、FeSO4 之和的摩爾比大于2 1 ；步驟2 將混合物在瑪瑙研缽中進(jìn)行研磨，使混合物充分接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不斷研磨直至反應(yīng)體系的顏色完全轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?，固相反?yīng)不再進(jìn)行，形成反應(yīng)產(chǎn)物，其中研磨時(shí)間為30分鐘；步驟3 將得到的反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水多次清洗，過(guò)濾出不溶于水的反應(yīng)產(chǎn)物；步驟4:將過(guò)濾出的不溶于水的反應(yīng)產(chǎn)物在干燥箱中烘干，再在瑪瑙研缽中進(jìn)行研磨，得到前軀體粉末，所述烘干時(shí)的溫度為100°C，時(shí)間為6小時(shí)；步驟5 將前軀體粉末置于石英舟中，放入管式反應(yīng)爐的中部，向管式反應(yīng)爐中通入高純Ar氣，將前軀體粉末在Ar氣氛下退火，得到黑色的納米粉末，完成狗摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備，所述退火的溫度為500°C，退火時(shí)間為60分鐘，所述納米粉末的分子結(jié)構(gòu)為 Cua95Fi5a(l50。所制備材料的X射線粉末衍射圖譜如圖1所示，退火后得到的樣品只有CuO相，沒(méi)有雜質(zhì)相的出現(xiàn)。如圖2所示，對(duì)所制備材料的進(jìn)行透射電子顯微鏡測(cè)量?？梢栽谕干潆娮语@微鏡圖像上看到清晰的晶格條紋，條紋間距為2.3 A，比CuO在(111)方向上的面間距2. 325A略小。圖1和圖2的測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，所制備的材料為CuO結(jié)構(gòu)，!^e原子取代Cu原子進(jìn)入了 CuO晶格，引起CuO晶格略微減小。參閱圖3所示，為所制備材料的磁化強(qiáng)度隨溫度變化的關(guān)系曲線。參閱圖4所示，為所制備材料的磁滯回線圖。圖3和圖4的磁性測(cè)量結(jié)果表明，樣品具有明顯的鐵磁特性，居里溫度高于200K。以上所述的具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種!^e摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，包括如下步驟步驟1 將CuSO4和!^eSO4分別按比例混合后，再與過(guò)量的NaOH充分混合，形成混合物；步驟2 將混合物在瑪瑙研缽中進(jìn)行研磨，使混合物充分接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不斷研磨直至反應(yīng)體系的顏色完全轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?，固相反?yīng)不再進(jìn)行，形成反應(yīng)產(chǎn)物；步驟3 將得到的反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水多次清洗，過(guò)濾出不溶于水的反應(yīng)產(chǎn)物；步驟4 將過(guò)濾出的不溶于水的反應(yīng)產(chǎn)物在干燥箱中烘干后研磨，得到前軀體粉末；步驟5:將前軀體粉末置于石英舟中，放入管式反應(yīng)爐的中部，在Ar氣氛下退火，得到黑色的納米粉末，完成狗摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備。
2.如權(quán)利要求1所述的！^摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，其中CuSO4和 FeSO4 的摩爾比為 0. 99-0. 9 0.01-0.1。
3.如權(quán)利要求1所述的Fe摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，其中過(guò)量的NaOH 與CuS04、FeSO4之和的摩爾比大于2 1。
4.如權(quán)利要求1所述的摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，其中研磨時(shí)間為 20-40分鐘。
5.如權(quán)利要求1所述的摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，其中烘干時(shí)的溫度為80-100°C，時(shí)間為5-10小時(shí)。
6.如權(quán)利要求1所述的摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，其中退火的溫度為500°C _900°C，退火時(shí)間為50-70分鐘。
7.如權(quán)利要求1所述的摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，其中納米粉末的分子結(jié)構(gòu)為CUhFiixO，其中x = 0. 01-0. 1。
全文摘要
一種Fe摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，包括如下步驟步驟1將CuSO4和FeSO4分別按比例混合后，再與過(guò)量的NaOH充分混合，形成混合物；步驟2將混合物在瑪瑙研缽中進(jìn)行研磨，使混合物充分接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不斷研磨直至反應(yīng)體系的顏色完全轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?，固相反?yīng)不再進(jìn)行，形成反應(yīng)產(chǎn)物；步驟3將得到的反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水多次清洗，過(guò)濾出不溶于水的反應(yīng)產(chǎn)物；步驟4將過(guò)濾出的不溶于水的反應(yīng)產(chǎn)物在干燥箱中烘干后研磨，得到前驅(qū)體粉末；步驟5將前驅(qū)體粉末置于石英舟中，放入管式反應(yīng)爐的中部，在Ar氣氛下退火，得到黑色的納米粉末，完成Fe摻雜CuO納米稀磁半導(dǎo)體材料的制備。
文檔編號(hào)B82Y30/00GK102351236SQ20111018583
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者劉喆, 李晉閩, 王軍喜, 趙婧 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所