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基本信息

項(xiàng)目名稱：
稀土RE（Dy、Nd）-Sn-Te稀磁半導(dǎo)體材料的合成工藝與相平衡研究
小類：
能源化工
簡介：
本實(shí)驗(yàn)采用粉末冶金法和石英管封裝法等新工藝制備試樣，解決了RE(Dy、Nd)-Sn-Te體系稀磁半導(dǎo)體材料難以熔煉的問題；并對其相結(jié)構(gòu)、相平衡等進(jìn)行系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，結(jié)合磁電子學(xué)和自旋電子學(xué)的有關(guān)知識(shí)分析磁、電等相關(guān)物理性能，研究磁電子學(xué)在RE-Sn-Te稀磁半導(dǎo)體中的應(yīng)用。
詳細(xì)介紹：
稀釋磁性半導(dǎo)體材料兼?zhèn)涑Ｒ?guī)半導(dǎo)體材料和磁性材料的優(yōu)越性，被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的電子學(xué)材料之一，應(yīng)用前景廣闊。該作品在充分調(diào)研國內(nèi)外稀磁半導(dǎo)體材料的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合磁電子學(xué)的知識(shí)分析了稀磁半導(dǎo)體材料的物理性質(zhì)、特點(diǎn)及材料的制備方法；制定了石英管封裝法和粉末冶金法等方法合成RE（Dy、Nd）-Sn-Te體系合金樣品的制備工藝；并通過對所做的樣品進(jìn)行XRD、DTA、SEM等測試結(jié)果分析表明：用該工藝制備的樣品基本達(dá)到相平衡，滿足相圖和相結(jié)構(gòu)研究的試驗(yàn)要求。對RE-Sn-Te體系稀磁半導(dǎo)體材料的相平衡研究為相關(guān)材料的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為開發(fā)新型及高性能的稀磁半導(dǎo)體材料及其制備工藝，改善稀磁半導(dǎo)體的磁、電等性能提供理論指導(dǎo)與科學(xué)依據(jù)。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

論述探討RE(Dy、Nd)-Sn-Te稀磁半導(dǎo)體材料的合成工藝及相平衡研究過程，為開發(fā)新型及高性能的稀磁半導(dǎo)體材料，提供理論指導(dǎo)與科學(xué)依據(jù)。基本思路是：了解磁電子學(xué)和稀磁半導(dǎo)體材料發(fā)展的歷史、前景及意義，明確制備RE(Dy、Nd)-Sn-Te材料的難點(diǎn)，用粉末冶金法和石英管封裝法等突破難點(diǎn)的新工藝制備試樣，運(yùn)用XRD、DTA、SEM等技術(shù)研究試樣的相結(jié)構(gòu)，相組成和相關(guān)系以及相關(guān)性能。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

本作品的切入點(diǎn)是當(dāng)今磁電子學(xué)和稀磁半導(dǎo)體材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一；所運(yùn)用XRD、DTA、SEM等是先進(jìn)的技術(shù)；本實(shí)驗(yàn)采用粉末冶金法和石英管封裝法等新工藝制備試樣，解決了RE(Dy、Nd)-Sn-Te體系稀磁半導(dǎo)體材料難以熔煉的問題；并對其相結(jié)構(gòu)、相平衡等進(jìn)行系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，結(jié)合磁電子學(xué)和自旋電子學(xué)的知識(shí)分析磁、電等相關(guān)物理性能，研究磁電子學(xué)在RE-Sn-Te稀磁半導(dǎo)體中的應(yīng)用。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

稀磁半導(dǎo)體材料（DMS）兼具半導(dǎo)體材料和磁性材料的雙重特性，被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的電子學(xué)材料之一，在信息處理、通信、磁記錄以及自旋極化電流注入和量子計(jì)算機(jī)的邏輯電路等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。本課題確定了RE-Sn-Te稀磁半導(dǎo)體系統(tǒng)的相存在、相結(jié)構(gòu)、相平衡關(guān)系，嘗試從自旋電子學(xué)角度對其相關(guān)的物理性質(zhì)進(jìn)行探索，所獲得相關(guān)的基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)以及材料制備工藝，為相應(yīng)體系的研究，開發(fā)和應(yīng)用提供參考依據(jù)。

學(xué)術(shù)論文摘要

本文探討了利用石英管封裝法和粉末冶金法等方法合成RE（Dy、Nd）-Sn-Te體系合金樣品的制備工藝。通過對所獲得的樣品進(jìn)行XRD、DTA、SEM等測試結(jié)果分析表明，采用該工藝制備的樣品達(dá)到了相平衡，可滿足相圖和相結(jié)構(gòu)研究的試驗(yàn)要求。實(shí)驗(yàn)測定了Dy-Sn-Te三元體系室溫下富Te角(Te≥50 at.%)的等溫截面和Nd-Sn-Te三元體系富Te角室溫的部分等溫截面相圖。Dy-Sn-Te三元體系富Te角(Te≥50 at.%)存在5個(gè)三相區(qū)，分別為：Te+SnTe+DyTe3, DyTe3+SnTe+Dy4Te9，DyTe1.75+SnTe+Dy4Te9，Dy2Te3+SnTe+DyTe1.75，和DyTe+(Sn,Dy)Te+Dy2Te3；Nd-Sn-Te三元體系富Te角室溫的部分等溫截面的兩個(gè)三相平衡區(qū)域?yàn)椋篠nTe＋Te＋NdTe3及SnTe＋NdTe＋Nd2Te3。此外，確定了Dy 在SnTe中的固溶度大概為9 at.%。樣品Sn1?xDyxTe (x = 0.02, 0.04, 0.06,0.08)的晶格常數(shù)隨著Dy的含量的增加而減小。

獲獎(jiǎng)情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

[1]焦正寬，曹光旱主編.磁電子學(xué).浙江：浙江大學(xué)出版社（2005）. [2]王穎，湛永鐘，許艷飛，喻正文.材料導(dǎo)報(bào). 2007, 21(7). 20-22 [3]劉林生，劉肅 ，王文新 ，趙宏鳴 ，劉寶利 ，蔣中偉 ，高漢超 ，王佳 ，陳 弘 ，周均銘.電子器件, 2007,30(3):1125-1128 [4] Bednarski H, Cisowski J, Portal J C. J Magn Magn Mater, 2003,261(1-2): 172 [5] Matsuda Y H, Miura N, Kuroda S, et al. Physica B, 2001, 294-295: 467 [6] Fukuma Y, Nishimura N, Asada H, et al. Physica E, 2001, 10(1-3): 268 [7] Isber S, Misra S K, Charar S, et al. Phys Rev B, 1997, 56(21): 13724 [8] Yongzhong Zhan, Jianbo Ma, Guanghua Zhang, Zhaohua Hu, Chunhui Li, Journal of Alloys and Compounds xxx (2008) xxx–xxx

同類課題研究水平概述

當(dāng)前用于制備稀磁半導(dǎo)體的基質(zhì)包括Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ-Ⅵ族、Ⅱ-Ⅴ族及Ⅲ-Ⅴ族化合物，通過Mn、Fe、Co和稀土等的磁性陽離子替代而形成A1-xMxB型DMS混晶。它由組分為普通化合物半導(dǎo)體AB和組分為磁性半導(dǎo)體MB組成，其中M為過渡金屬或稀土金屬。通過在Ⅳ-Ⅵ族化合物中摻入磁性陽離子而制成的Pb1-xMnxTe、Pb1-xEuxTe等DMS具有禁帶寬度大、激光譜線極窄和易調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn)，在大于3μm波段的超低損耗光纖通信領(lǐng)域有著不可替代的優(yōu)勢，已逐漸引起人們的重視。 最近幾年國內(nèi)外對（Ga，Mn）As，（In，Mn）As和MnGe系進(jìn)行了廣泛深入的研究，呈現(xiàn)許多可能對磁電子學(xué)應(yīng)用有重要影響的奇異磁性和輸運(yùn)特性。但是從實(shí)用化的角度看，其主要障礙是居里溫度偏低。 近年來，發(fā)現(xiàn)以Te-Sn、Te-Ge體系為基質(zhì)的化合物具有一系列新穎的磁光、磁輸運(yùn)特性，寫/擦迅速的可逆相變光存儲(chǔ)特性，以及自由載流子的RKKY間接交換作用所導(dǎo)致的鐵磁性和自旋玻璃相形成；同時(shí)，由于Ⅳ-Ⅵ族化合物介電常數(shù)較高而可采用射頻磁控濺射等常規(guī)制備方法來實(shí)現(xiàn)完好的鐵磁有序，能制備出具有新奇磁、光性能的半導(dǎo)體，因此其DMS的研究成為電子材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。 到目前為止，關(guān)于添加稀土元素對Ⅳ-Ⅵ族半導(dǎo)體磁光效應(yīng)、磁輸運(yùn)和自旋共振隧穿等特性的影響的研究報(bào)道還很少。同時(shí)，由于Te-Ge、Te-Sn體系還是可逆相變光存儲(chǔ)的重要材料，對RE( Dy、Nd )-Sn-Te體系合金相平衡的研究也將對此類材料的研究具有重要的指導(dǎo)意義。 [1]焦正寬，曹光旱主編.磁電子學(xué).浙江：浙江大學(xué)出版社（2005）. [2]王穎，湛永鐘，許艷飛，喻正文.材料導(dǎo)報(bào). 2007, 21(7). 20-22 [3]劉林生，劉肅 ，王文新等.電子器件, 2007,30(3):1125-1128 [4] Bednarski H, Cisowski J, Portal J C. J Magn Magn Mater, 2003,261(1-2): 172 [5] Matsuda Y H, Miura N, Kuroda S, et al. Physica B, 2001, 294-295: 467
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