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研究生: 劉昇旭
Liu, Sheng-Hsu
論文名稱: 氧化鋅掺雜釩之粉末合成與磁電結構特性研究
Structural, transport and magnetic properties of vanadium doped zinc oxide synthesized by the Pechini method
指導教授: 林春榮
Lin, Chun-Rong
黃榮俊
Huang, Jung-Chun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 84
中文關鍵詞: 氧化鋅稀磁性半導體氧化鋅掺雜釩
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  •   本研究以改良之Pechini製程方式製備氧化鋅掺雜釩之系統,分別改變釩於氧化鋅中的掺雜濃度,與不同氫化熱處理的溫度來探討其結構、電性以及磁性的物理機制。
      在本實驗中,我們成功地以低溫700℃熱處理,製備了Zn1-xVxO (x=0.025、0.075、0.15)之多晶粉末樣品。對於500℃氫化熱處理之Zn1-xVxO樣品而言,我們由X-ray繞射的分析發現在x=0.025及x=0.075時樣品具有純單一結構之纖鋅礦結構。而由電阻係數與溫度變化之關係發現此系列樣品的傳輸性質均呈現半導體行為。由X-ray吸收光譜的分析發現樣品中的釩其平均價數介於四價到五價之間,較偏向於五價。當釩的掺雜濃度為7.5%時樣品具有最大的飽和磁化量6.27×10-4emu/g。
      對於不同溫度氫化熱處理之Zn0.925V0.075O樣品而言,我們由X-ray繞射的分析發現當氫化熱處理溫度小於或等於700℃時,並不會改變Zn0.925V0.075O的纖鋅礦結構。由X-ray吸收光譜的分析發現樣品中的釩其平均價數介於四價到五價之間,並且平均價數隨著氫化溫度增加而下降,同時樣品中第一配位層之V-O鍵結的數目隨著氫化溫度的增加而減少,即表示氧缺陷隨著氫化溫度的增加而增加。由於氧缺陷增加引致局域載子增加,使得樣品內呈現鐵磁耦合的磁性離子增加,因此樣品的飽和磁化量亦增加。而700℃氫化之樣品具有最大的飽和磁化量1.47×10-3emu/g。而由電阻係數與溫度變化之關係發現此系列樣品的傳輸性質均呈現半導體行為。

    摘要..............................................Ⅰ 誌謝……………………………………………………………Ⅲ 目錄……………………………………………………………Ⅳ 表目錄…………………………………………………………Ⅷ 圖目錄…………………………………………………………Ⅸ 第一章 緒論……………………………………………………1 1.1 前言 ………………………………………………………1 1.2 稀磁性半導體 ……………………………………………3 1.3 相關文獻回顧 ……………………………………………5 1.4 研究動機…………………………………………………12 參考文獻………………………………………………………13 第二章 基本理論 ……………………………………………14 2.1 磁性的基本理論…………………………………………14 2.1.1 反磁性…………………………………………………17 2.1.2 順磁性…………………………………………………17 2.1.3 鐵磁性…………………………………………………18 2.2 平均場理論………………………………………………20 2.2.1 侷限載子式鐵磁性……………………………………21 2.2.2 交互巡迴式鐵磁性……………………………………22 參考文獻………………………………………………………23 第三章 樣品製備與分析方法 ………………………………24 3.1 樣品製備…………………………………………………24 3.1.1 Pechini製程 …………………………………………24 3.1.2 粉末樣品的製程………………………………………25 3.1.3 氫化熱處理……………………………………………26 3.2 實驗藥品…………………………………………………30 3.3 熱重量的測定……………………………………………30 3.4 X-ray繞射的量測 ………………………………………31 3.5 磁性的量測………………………………………………31 3.6 電阻的量測………………………………………………32 3.7 X-ray吸收光譜的量測 …………………………………34 參考文獻………………………………………………………35 第四章 實驗結果與討論 ……………………………………36 4.1 Zn1-xVxO之前導物粉末…………………………………36 4.1.1 X-ray繞射的分析 ……………………………………36 4.1.2 熱重量的分析…………………………………………38 4.1.3 本節結論………………………………………………40 4.2 改變Zn1-xVxO成分比例…………………………………41 4.2.1 X-ray繞射的分析 ……………………………………41 4.2.2 X-ray吸收光譜的分析 ………………………………44 4.2.3 磁化率與磁滯曲線的分析……………………………50 4.2.4 電性的分析……………………………………………57 4.2.5 本節結論………………………………………………59 4.3 改變Zn0.925V0.075O的氫化熱處理溫度………………61 4.3.1 X-ray繞射的分析 ……………………………………61 4.3.2 X-ray吸收光譜的分析 ………………………………63 4.3.3 磁化強度與磁滯曲線的分析…………………………67 4.3.4 電性的分析……………………………………………75 4.3.5 本節結論………………………………………………77 參考文獻………………………………………………………79 第五章 總結 …………………………………………………80 自述……………………………………………………………84

    第一章
    1.1 T. Dietl, H. Ohno, F. Matsukura, J. Cibert, D. Ferrand, Science, 287, 1019,
    (2000).
    1.2 許華書、黃榮俊,物理雙月刊,二十六卷四期,599,(2004)。
    1.3 胡裕民,物理雙月刊,二十六卷四期,587,(2004)。
    1.4 H. Ohno, Science, 281, 951, (1998).
    1.5 G. A. Prinz, Science, 282, 1660, (1998).
    1.6 F. Matsukura, H. Ohno, A. Shen, and Y. Sugawara, Phys. Rev. B 57, R2037,
    (1998).
    1.7 H. Ohno, A. Shen, F. Matsukura, A. Oiwa, A. Endo, S. Katsumoto, and Y. Iye,
    Appl. Phys. Lett., 69, 363, (1996).
    1.8 H. Munekata, H. Ohno, S. Von Molnar, A. Segmuller, L. L. chang, and L. Esaki,
    Phys. Rev. Lett., 63, 1849, (1989).
    1.9 H. Akai, Phys. Rev. Lett., 81, 3002, (1998).
    1.10 H. Ohno, H. Munekata, T. Penneys, S. Von Molnar, and L. L. chang, Phys. Rev.
    Lett., 68, 2664, (1992).
    1.11 T. Jungwirth et al., Phys. Rev., Vol. B59, p.9818, (1999).
    1.12 T. Dietl, H. Ohno et al., Phys. Rev., Vol. B63, p.195205, (2001).
    1.13 K. Sato, H. Katayama-Yoshida, Jpn. J. Appl. Phys., 39, L555, (2000).
    1.14 Hiromasa Saeki, Hitoshi Tabata, Tomoji Kawai, Solid State Comm., 120, 439,
    (2001)
    1.15 N. H. Hong, J. Sakai, A. Hassini, J. Appl. Phys., 97, 10D312, (2005).
    第二章
    2.1 Sōshin Chikazumi著,張煦、李學養譯,"磁性物理學",聯經出版社,(1982).
    2.2 韓岱君,國立成功大學物理研究所博士論文(2003).
    2.3 P. Weiss, J. Phys., 6, 661, (1907).
    2.4 T. Dietl , Science, 287, 1019, (2000).
    2.5 吳忠益,國立清華大學工程與系統科學研究所碩士論文(2004).
    2.6 V. I. Litvinov, Phys. Rev. Lett., 86, 5593, (2001).
    2.7 M. Berciu, Phys. Rev. Lett., 87, 7203, (2001).
    2.8 H. Akai, Phys. Rev. Lett., 81, 3002, (1998).
    2.9 J. Konig, Phys. Rev. Lett., 84, 5628, (2000).
    2.10 J. Konig, Phys. Rev. Lett., 86, 5637, (2001).
    第三章
    3.1 M. P. Pechini, U. S. Pat., No.3, 231, 328, Jan. 25, (1966).
    3.2 M. P. Pechini, U. S. Pat., No.3, 330, 697, Jul. 11, (1967).
    3.3 蔡政達,國立成功大學材料科學及工程研究所博士論文(1999).
    3.4 周幸妃,國立成功大學資源工程研究所碩士論文(2003).
    3.5 M. Kakihana, J. Sol-Gel Sci. Tech., 6, 7, (1996).
    3.6 J. F. Chang, W. C. Lin, M. H. Hon, Appl. Sur. Sci., 183, 18, (2001).
    3.7 韓岱君,國立成功大學物理研究所博士論文(2003).
    第四章
    4.1 M. P. Pechini, U. S. Pat., No.3, 231, 328, Jan. 25, (1966).
    4.2 M. P. Pechini, U. S. Pat., No.3, 330, 697, Jul. 11, (1967).
    4.3 V. C. Sousa, A. M. Segadaes, M. R. Morelli, R. H. G. A. Kiminami, Int. J.
    Inorg. Mater., 1, 235, (1999).
    4.4 Chyi-Ching Hwang, Tsung-Yung Wu, Mater. Sci. Eng. B, 111, 197-206, (2004).
    4.5 Hiromasa Saeki, Hitoshi Tabata, Tomoji Kawai, Solid State Commun., 125, 231,
    (2003).
    4.6 J. Wong, F. W. Lytle, R. P. Messmer, D. H. Maylotte, Phy. Rev. B, 30, 5596,
    (1984).
    4.7 J. M. D. Coey, M. Venkatesan, C. B. Fitzgerald, Nature Materials, 4, 173,
    (2005).
    4.8 Y.Natsume, H. Sakata, Mater. Chem. Phys., 78, 170, (2002).

    下載圖示 校內:2007-08-18公開
    校外:2007-08-18公開
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