專利名稱：強(qiáng)磁場(chǎng)下ZnO及其稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下水熱法制備ZnO及其稀磁半導(dǎo)體材料的方法與 裝置，屬于磁性半導(dǎo)體材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化鋅(ZnO)是一種N型寬帶隙(室溫下3.7ev)II-VI族化合物半導(dǎo)體，具有六方 纖鋅礦結(jié)構(gòu)。其空間群為P63mc，晶格常數(shù)a=0.3249nm， c=0.5206nm。由于它具有 優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，在光電導(dǎo)、壓電、發(fā)光器件、激光器、透明導(dǎo)電膜、氣敏傳感 器等、表面及體聲波器件以及聲光器件等方面有許多應(yīng)用和廣闊的應(yīng)用前景。特別是 應(yīng)用于工作在紫外光到藍(lán)光范圍的發(fā)光二極管(LEDS)、激光二極管(LDS)以及紫外光 探測(cè)器極具良好前景和市場(chǎng)價(jià)值。另一方面，氧化鋅可以通過(guò)金屬陽(yáng)離子(如Mn， Co， Cr， Fe等)的摻雜獲得磁性半導(dǎo)體材料，摻雜易進(jìn)行且雜質(zhì)濃度高，摻雜后，陰陽(yáng)離 子之間的強(qiáng)相互作用是出現(xiàn)新現(xiàn)象的來(lái)源。
自從2000年Dietl等人在理論上預(yù)測(cè)在摻雜濃度大于5%時(shí)，ZnO族的半導(dǎo)體 材料可以通過(guò)摻雜金屬磁性離子Mi^+而實(shí)現(xiàn)室溫鐵磁性以來(lái)，ZnO基稀磁半導(dǎo)體就 被寄予了厚望，人們希望在已有的ZnO制備、性質(zhì)研究乃至現(xiàn)有器件開(kāi)發(fā)等等方面 積累的經(jīng)驗(yàn)，可以給ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的研究提供一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)并推動(dòng)其廣泛 應(yīng)用。ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的研究還剛起步，還有很多問(wèn)題需要解決，其中最關(guān)鍵的 問(wèn)題是如何合成高質(zhì)量、均勻摻雜的室溫鐵磁半導(dǎo)體材料。
目前制備氧化鋅及其稀磁半導(dǎo)體材料的方法有多種，其中水熱法是一種在高溫高 壓水溶液條件下生長(zhǎng)晶體的方法。該方法合成的晶體具有晶體質(zhì)量高，缺陷少，摻雜 均勻等優(yōu)點(diǎn)。水熱反應(yīng)過(guò)程中的雜質(zhì)摻雜，幾乎不受外界的迫力，是原子反應(yīng)過(guò)程中 自發(fā)的有機(jī)排列過(guò)程。依據(jù)晶格排列達(dá)到最小結(jié)合能的原則，摻雜的離子進(jìn)入最佳的 晶格位置，因此可以合成高質(zhì)量均勻摻雜的單晶體，目前也是合成高質(zhì)量ZnO單晶 的最好方法之一。
強(qiáng)磁場(chǎng)條件下材料制備及其研究進(jìn)展(科學(xué)通報(bào)，2006,51(24): 2825-2829.)指出 強(qiáng)磁場(chǎng)不僅可以用來(lái)控制金屬熔體的對(duì)流和物質(zhì)傳輸，有效去除夾雜物；而且可以對(duì) 磁性或者非磁性材料進(jìn)行加工處理，得到取向排列的新材料。這表明磁場(chǎng)在材料的制
3備過(guò)程中可以起到有效的控制材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的作用。所以在水熱法制備ZnO稀磁
半導(dǎo)體材料時(shí)施加磁場(chǎng)對(duì)有效控制其微觀結(jié)構(gòu)及性質(zhì)是非常有意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下利用水熱法制備ZnO及其稀磁半導(dǎo)體 材料的方法。本發(fā)明方法制得的ZnO粉末材料，純度高、摻雜均勻、微觀結(jié)構(gòu)可控， 而某些金屬離子摻雜制得的ZnO基稀磁半導(dǎo)體粉體材料具有室溫鐵磁性的。
本發(fā)明的另一目的是提供一種強(qiáng)磁場(chǎng)下ZnO及其稀磁半導(dǎo)體材料的制備所用的 專用裝置。
本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種強(qiáng)磁場(chǎng)下ZnO及其稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于該方法具有以 下的工藝過(guò)程和步驟
a. 配制鋅鹽溶液，鋅鹽為任意一種可溶性鋅鹽，濃度為0.1 10mol/L;再配制 沉淀劑溶液，沉淀劑可為任意一種可溶性堿性溶液，如氫氧化物溶液、氨水的緩沖溶 液等，濃度為0.1 10 mol/L;配制摻雜金屬鹽水溶液，該摻雜金屬鹽可為該金屬的 任意一種可溶性鹽，如硫酸鹽、氯鹽、醋酸鹽、硝酸鹽等，濃度為0.01 10mol/L;
b. 取適量上述的鋅鹽溶液放置于100ml的燒杯中，加入摻雜金屬鹽水溶液，使 摻雜金屬離子與鋅離子的摩爾比為0.1: 100 20: 100，用磁力攪拌器攪拌數(shù)分鐘； 然后加入沉淀劑溶液，其加入量為沉淀劑與鋅離子的摩爾比為0.5:1 12:1;再繼續(xù)攪 拌30分鐘后，將混合溶液移入高壓反應(yīng)釜中，加入量為反應(yīng)釜容積的50 90% (即 填充度50 90%)，高壓反應(yīng)釜為耐高溫高壓及腐蝕的金屬材質(zhì)制成，根據(jù)需要可采 用耐腐蝕內(nèi)襯，如選用聚四氟乙烯做內(nèi)襯材料等；
本步驟中若不加入摻雜金屬鹽溶液，則最終得到無(wú)摻雜的純ZnO半導(dǎo)體材料；
c. 將上述反應(yīng)釜移入管式加熱爐中，升溫的同時(shí)啟動(dòng)磁場(chǎng)，施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度為 1 70T (特斯拉)；升溫速率為0.5 10.0 T/分鐘，升溫至反應(yīng)溫度100 400 。C后保 溫0.5 36小時(shí)，然后冷卻至室溫；取出產(chǎn)物進(jìn)行抽濾分離，用去離子水和無(wú)水乙醇 各洗滌三次，最后在50 400卩下干燥0.5 6小時(shí)，即得到ZnO或某種金屬離子摻 雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體粉體材料。
一種強(qiáng)磁場(chǎng)下ZnO及其稀磁半導(dǎo)體材料制備用裝置，該裝置包括有加熱線圈的 高壓反應(yīng)釜、磁場(chǎng)線圈；其特征在于在具有加熱線圈裝置的高壓反應(yīng)釜外部有可提供電磁場(chǎng)的線圈，即磁場(chǎng)線圈，當(dāng)磁場(chǎng)線圈中有電流通過(guò)時(shí)就能產(chǎn)生一定場(chǎng)強(qiáng)的磁場(chǎng)， 磁場(chǎng)方向?yàn)檩S向，該磁場(chǎng)可穿過(guò)高壓反應(yīng)釜而對(duì)釜中的混合物質(zhì)發(fā)生作用；高壓反應(yīng) 釜外套由不銹鋼或其他耐高溫高壓及耐腐蝕金屬材料制成，也可另加耐腐蝕材料(如 聚四氟乙烯)做內(nèi)襯以提高高壓釜的耐腐蝕性。
所述的填充度是指實(shí)際加入到反應(yīng)釜中的溶液的體積與反應(yīng)釜的總?cè)莘e之比。
本發(fā)明方法的原理和機(jī)理如下所述
本發(fā)明采用的原料物質(zhì)為金屬鹽溶液(以二價(jià)金屬錳鹽為例)、沉淀劑堿性溶液， 在反應(yīng)釜中發(fā)生反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下
xMn2++( 1 -x)Zn2++20H-—Zn(1_x)MnxCU+H20 其中，x-0時(shí)，產(chǎn)物為純ZnO;
本發(fā)明方法與其他工藝相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)
(1) 由于本發(fā)明在水熱法制備過(guò)程中施加了磁場(chǎng)，可對(duì)生成的氧化物產(chǎn)物的形 核、長(zhǎng)大過(guò)程施以影響、對(duì)摻雜磁性金屬離子具有取向作用，可制備出微
觀結(jié)構(gòu)可控的ZnO半導(dǎo)體材料及具有室溫鐵磁性的金屬離子摻雜的ZnO 稀磁半導(dǎo)體材料，并提高了其居里溫度。
(2) 由于使用了磁場(chǎng)，為晶粒的形核和長(zhǎng)大提供了能量場(chǎng)，改變了制備過(guò)程中 晶粒形核和長(zhǎng)大的環(huán)境，影響了納米晶粒形成的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)因素，從 而獲得了一些與無(wú)磁場(chǎng)下制備的材料不同的形貌和特性。


圖1為本發(fā)明制備金屬摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體材料所用專用裝置的簡(jiǎn)單示意圖。 圖中各數(shù)字代號(hào)表示如下
1.高壓反應(yīng)釜2.高壓反應(yīng)釜的加熱線圈3.磁場(chǎng)線圈4.磁場(chǎng)方向。 圖2為本發(fā)明中實(shí)施例1制得的Mn離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的X射線 衍射(XRD)圖。
圖3為本發(fā)明中實(shí)施例1制得的Mn離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的掃描電 子顯微鏡(SEM)照片。
圖4為本發(fā)明中實(shí)施例1制得的Mn離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料室溫下的 磁滯回線圖。圖5為本發(fā)明中實(shí)施例5制得的Co離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的X射線 衍射(XRD)圖。
圖6為本發(fā)明中實(shí)施例5制得的Co離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的掃描電子 顯微鏡(SEM)照片。
圖7為本發(fā)明中實(shí)施例5制得的Co離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料室溫下的磁 滯回線圖。
圖8為本發(fā)明中實(shí)施例7制得的Cr離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的掃描電子 顯微鏡(SEM)照片。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。 實(shí)施例l
本實(shí)施例為Mn離子摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的制備步驟如下
(1) 首先用去離子水將醋酸鋅配制成lmol/L的鋅鹽水溶液作為鋅源，用2mol/L的 氨水緩沖溶液作為沉淀劑，用去離子水將硫酸錳配制成0.045mol/L的錳鹽水溶液；
(2) 按照填充度為80%設(shè)定參數(shù)進(jìn)行制備。取4ml的硫酸錳水溶液放置到100ml的 燒杯中，再加入4ml醋酸鋅水溶液，使用磁力攪拌器攪拌5分鐘，后再加入12ml氨 水緩沖溶液，繼續(xù)攪拌30分鐘，然后將其移入25ml聚四氟乙烯襯底的高壓反應(yīng)釜中。
(3) 加熱高壓反應(yīng)釜，同時(shí)啟動(dòng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為4T(特斯拉)，升溫速率為1.5°C/ 分，升溫至反應(yīng)溫度140'C后保溫4小時(shí)；然后樣品隨爐冷卻到室溫，取出樣品進(jìn)行 抽濾分離，用去離子水和無(wú)水乙醇各洗滌三次，最后放入干燥箱中在8(TC干燥6小 時(shí)，即得到Mn離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料。
實(shí)施例2
本實(shí)施例中的制備步驟與上述實(shí)施例l相同，所不同的是①磁場(chǎng)強(qiáng)度為70T; ②在260。C干燥箱中干燥6小時(shí)；③升溫至反應(yīng)溫度為180°C;④保溫時(shí)間為0.5小 時(shí)；⑤40(TC干燥0.5小時(shí)。最終獲得Mn離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料。 實(shí)施例3
本實(shí)施例中的制備步驟與上述實(shí)施例1相同，所不同的是①磁場(chǎng)強(qiáng)度為1T; ②用醋酸錳代替硫酸錳；③升溫至反應(yīng)溫度為30(TC;④保溫時(shí)間為24小時(shí)；⑤300'C 干燥1小時(shí)。最終獲得Mn離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料。
6實(shí)施例4
本實(shí)施例中的制備步驟與上述實(shí)施例l相同，所不同的是①使用0.33mol/L的 NaOH代替氨水緩沖液，OH—:Zr^+的摩爾比-l:l;②硫酸錳的濃度改為0.01mol/L; ③使用硫酸鋅代替醋酸鋅；④升溫至反應(yīng)溫度為40(TC;⑤保溫時(shí)間為1小時(shí)。最最 終獲得Mn離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料。 實(shí)施例5
本實(shí)施例為Co離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的制備步驟如下
(1) 用去離子水將醋酸鈷配制成0.28mol/L的鈷鹽水溶液，用去離子水將醋酸鋅配 制成lmol/L的鋅鹽水溶液作為鋅源，用2mol/L的氫氧化鉀溶液作為沉淀劑；
(2) 按照OH—:Zr^+的摩爾比-2:l，填充度為80%設(shè)定參數(shù)進(jìn)行。取6.5ml的氫氧化 鉀水溶液放置到100ml的燒杯中，再逐滴加入6.5ml醋酸鋅水溶液，使用磁力攪拌器 攪拌5分鐘，后再加入1.4ml醋酸鈷，繼續(xù)攪拌30分鐘，再逐滴加入6.5ml氫氧化鉀， 然后將其移入25ml聚四氟乙烯襯底的高壓反應(yīng)釜中。
G)加熱高壓反應(yīng)釜，同時(shí)啟動(dòng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為4T(特斯拉)，升溫速率為3'C/分， 升溫至反應(yīng)溫度18(TC后保溫4小時(shí)；然后樣品隨爐冷卻到室溫，取出樣品進(jìn)行抽濾 分離，用去離子水和無(wú)水乙醇各洗滌三次，最后放入干燥箱中在8(TC干燥6小時(shí)， 即得到Co離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料。 實(shí)施例6
本實(shí)施例中的制備步驟與上述實(shí)施例5相同，所不同的是①將Q^+與Z^+的 比例從6%依次減少到5%、 4%、 3%、 2%、 1%、 0.1%;②減少醋酸鈷體積，加入適 量去離子水，使填充度達(dá)到90%;③磁場(chǎng)從4T依次增加到5T、 10T、 20T、 30T、 40T、 50T;即得到Co離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料。 實(shí)施例7
本實(shí)施例為Cr離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的制備步驟如下
(1) 用去離子水將硝酸鉻配制成0.0525mol/L的鉻鹽水溶液，用去離子水將醋酸鋅 配制成lmol/L的鋅鹽水溶液作為鋅源，用4mol/L的氫氧化鉀溶液作為沉淀劑。
(2) 按照OH、 Zi^+的摩爾比42:1，填充度為80%設(shè)定參數(shù)進(jìn)行。取4ml的硝酸鉻 水溶液放置到100ml的燒杯中，再加入12ml氫氧化鉀溶液，使用磁力攪拌器攪拌5
7分鐘，后再加入4ml醋酸鋅水溶液，繼續(xù)攪拌30分鐘，然后將其移入25ml聚四氟乙 烯襯底的高壓反應(yīng)釜中，最后將反應(yīng)釜密封。 (3)加熱高壓反應(yīng)釜，同時(shí)啟動(dòng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為4T(特斯拉)，升溫速率為1.5°C/ 分，升溫至反應(yīng)溫度18(TC后保溫4小時(shí)；然后樣品隨爐冷卻到室溫，取出樣品進(jìn)行 抽濾分離，用去離子水和無(wú)水乙醇各洗滌三次，最后放入干燥箱中在IO(TC干燥6小 時(shí)，即得到Cr離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料。 實(shí)施例8
本實(shí)施例中的制備步驟與上述實(shí)施例7相同，所不同的是①按照0H—: Zn2+=1:1
用氫氧化鈉溶液代替氫氧化鉀溶液，濃度改為1Omol/L;②用氯化鋅代替醋酸鋅，濃 度為10mol/L;③硝酸鉻的濃度改為0.01mol/L;④保溫時(shí)間為36小時(shí)；⑤20(TC干 燥2小時(shí)。最終獲得Cr離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料。 實(shí)施例9
本實(shí)施例中的制備步驟與上述實(shí)施例7相同，所不同的是①按照NH3:Zn^4:l， 使用濃度為1.33 mol/L氨水緩沖液代替濃度為4mol/L的氫氧化鉀溶液；②磁場(chǎng)強(qiáng)度 改為10T;③用氯化鉻代替硝酸鉻；④保溫時(shí)間為24小時(shí)。最終獲得Cr離子摻雜的 ZnO稀磁半導(dǎo)體材料。 實(shí)施例10
(1) 首先用去離子水將醋酸鋅配制成lmol/L的鋅鹽水溶液作為鋅源，用2mol/L的 氨水緩沖溶液作為沉淀劑；
(2) 按照填充度為80%設(shè)定參數(shù)進(jìn)行制備。取8ml醋酸鋅水溶液于100ml的燒杯中， 再加入12ml氨水緩沖溶液，用磁力攪拌器攪拌30分鐘，然后將其移入25ml聚四氟 乙烯襯底的高壓反應(yīng)釜中。
(3) 加熱高壓反應(yīng)釜，同時(shí)啟動(dòng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為4T(特斯拉)，升溫速率為1.5'C/ 分鐘，升溫至反應(yīng)溫度14(TC后保溫4小時(shí)；然后樣品隨爐冷卻到室溫，取出樣品進(jìn) 行抽濾分離，用去離子水和無(wú)水乙醇各洗滌三次，最后放入干燥箱中在80。C干燥6 小時(shí)，即得到純ZnO半導(dǎo)體材料。
對(duì)上述個(gè)別實(shí)施例所得的稀磁半導(dǎo)體材料進(jìn)行儀器檢測(cè)的結(jié)果，參見(jiàn)圖2、圖3、 圖4、圖5、圖6、圖7、圖8。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備所得的Mn離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體的X射線衍 射(XRD)圖，圖中顯示物相均為ZnO晶體。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備所得的Mn離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體的掃描電子 顯微鏡照片(SEM5000倍)，其形貌為六棱柱，直徑為lpm,長(zhǎng)度為l(Him左右。
圖4為本發(fā)明中實(shí)施例1制得的Mn離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料室溫下的 磁滯回線圖，其在室溫下具有鐵磁性。
圖5為本發(fā)明中實(shí)施例5制得的Co離子慘雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的X射線 衍射(XRD)圖，圖中顯示物相均為ZnO晶體。
圖6為本發(fā)明中實(shí)施例5制得的Co離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的掃描電子 顯微鏡(SEM)照片，照片放大20000倍，圖中表明摻雜均勻，無(wú)明顯的第二相產(chǎn)生， 顆粒呈細(xì)棒狀散落分布。
圖7為本發(fā)明中實(shí)施例5制得的Co離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料室溫下的磁 滯回線圖。圖中看出在室溫下具有的明顯的室溫磁性。
圖8為本發(fā)明中實(shí)施例7制得的Cr離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體材料的掃描電子 顯微鏡(SEM)照片，從圖中可以看出制得的試樣為層片狀結(jié)構(gòu)。
上述實(shí)施例中制備方法都利用和通過(guò)本發(fā)明的專用裝置來(lái)實(shí)施的。
參見(jiàn)圖1。圖1為本發(fā)明制備ZnO及其稀磁半導(dǎo)體材料所用的專用裝置的簡(jiǎn)單示 意圖。該裝置包括有l(wèi).高壓反應(yīng)釜、2.高壓反應(yīng)釜加熱線圈、3.磁場(chǎng)線圈；
加熱線圈2包圍在高壓反應(yīng)釜1的周圍，在其外周圍繞著磁場(chǎng)線圈3;加熱線圈 2通電時(shí)，可加熱高壓反應(yīng)釜，而磁場(chǎng)線圈通入電流時(shí)則產(chǎn)生一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)，磁場(chǎng) 方向?yàn)檩S向，可通過(guò)高壓反應(yīng)釜對(duì)釜中的反應(yīng)物質(zhì)發(fā)生作用。
權(quán)利要求
1、一種強(qiáng)磁場(chǎng)下ZnO及其稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于該方法具有以下的工藝過(guò)程和步驟a. 配制鋅鹽溶液，鋅鹽為任意一種可溶性鋅鹽，濃度為0.1～10mol/L；再配制沉淀劑溶液，沉淀劑為任意一種可溶性堿性溶液，如氫氧化物溶液、氨水的緩沖溶液等，濃度為0.1～10mol/L；配制摻雜金屬鹽水溶液，該摻雜金屬鹽為該摻雜金屬的任意一種可溶性鹽，如硫酸鹽、氯鹽、醋酸鹽、硝酸鹽等，濃度為0.01～10mol/L；b. 取適量上述的鋅鹽溶液放置于100ml的燒杯中，加入摻雜金屬鹽水溶液，使摻雜金屬離子與鋅離子的摩爾比為0.1∶100～20∶100，用磁力攪拌器攪拌數(shù)分鐘；然后加入沉淀劑溶液，其加入量為沉淀劑與鋅離子的摩爾比為0.5∶1～12∶1；再繼續(xù)攪拌30分鐘后，將混合溶液移入高壓反應(yīng)釜中，加入量為反應(yīng)釜容積的50～90％，高壓反應(yīng)釜為耐高溫高壓和耐腐蝕的金屬材質(zhì)制成；c. 將上述反應(yīng)釜移入管式加熱爐中，升溫的同時(shí)啟動(dòng)磁場(chǎng)，施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度為1～70T(特斯拉)；升溫速率為0.5～10.0℃/分鐘，升溫至反應(yīng)溫度100～400℃后保溫0.5～36小時(shí)，然后冷卻至室溫；取出產(chǎn)物進(jìn)行抽濾分離，用去離子水和無(wú)水乙醇各洗滌三次，最后在50～400℃下干燥0.5～6小時(shí)，即得到金屬離子摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體粉體材料。
2、 按權(quán)利要求1所述的強(qiáng)磁場(chǎng)下ZnO及其稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于 步驟b中不加入摻雜金屬鹽溶液，最終得到無(wú)摻雜的純ZnO半導(dǎo)體材料。
3、 按權(quán)利要求1或2所述的強(qiáng)磁場(chǎng)下ZnO及其稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征 在于高壓反應(yīng)釜內(nèi)采用耐腐蝕內(nèi)襯，耐腐蝕內(nèi)襯材料為聚四氟乙烯等。
4、 一種強(qiáng)磁場(chǎng)下ZnO及其稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法的專用裝置，該裝置包括有加 熱線圈的高壓反應(yīng)釜、磁場(chǎng)線圈；其特征在于在具有加熱線圈裝置的高壓反應(yīng)釜 外部有可提供電磁場(chǎng)的線圈，即磁場(chǎng)線圈，當(dāng)磁場(chǎng)線圈中有電流通過(guò)時(shí)就能產(chǎn)生 一定場(chǎng)強(qiáng)的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向?yàn)檩S向，該磁場(chǎng)可穿過(guò)高壓反應(yīng)釜而對(duì)釜中的混合物 質(zhì)發(fā)生作用；高壓反應(yīng)釜外套由不銹鋼或其他耐高溫高壓和耐腐蝕金屬材料制成。
5、 按權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于高壓反應(yīng)釜內(nèi)采用耐腐蝕內(nèi)襯，耐腐蝕 內(nèi)襯材料為聚四氟乙烯等。
全文摘要
本發(fā)明涉及強(qiáng)磁場(chǎng)下ZnO及其稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法及裝置，屬于(磁性)半導(dǎo)體材料工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法是采用鋅鹽、沉淀劑及摻雜金屬鹽溶液為原料；按照沉淀劑與鋅鹽的摩爾比為1∶1～12∶1，金屬鹽與鋅鹽的摩爾比為0.1∶100～20∶100，高壓反應(yīng)釜的填充度為50～90％，在水熱法的基礎(chǔ)上施加磁場(chǎng)強(qiáng)度為1～70T(特斯拉)的強(qiáng)磁場(chǎng)，在反應(yīng)溫度為100～400℃條件下，在反應(yīng)釜中反應(yīng)0.5～36小時(shí)，得到反應(yīng)生成物，然后將產(chǎn)物在50～400℃下干燥0.5～6小時(shí)，即得到ZnO或某種金屬離子摻雜的稀磁半導(dǎo)體粉體材料。本發(fā)明方法制得的ZnO粉末材料，純度高、摻雜均勻、微觀結(jié)構(gòu)可控，而某些金屬離子摻雜制得的ZnO基稀磁半導(dǎo)體粉體材料具有室溫鐵磁性。
文檔編號(hào)C01G9/02GK101486486SQ200910046529
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者朱明原, 瑛 李, 李義兵, 濤 楊, 胡業(yè)旻, 金紅明, 金 黃 申請(qǐng)人:上海大學(xué)