急求资料！！关于氧化锌的半导体材料！！

半导体材料：氧化锌半导瓷 化学式：ZnO 基本概况：ZnO(氧化锌)是一种新型的化合物半导体材料Ⅱ一Ⅵ宽禁带(E =3．37eV)。在常温常压下其是一种非常典型的直接宽禁半导体材料，稳定相是六方纤锌矿结构，其禁带宽度所对应紫外光波长，有希望能够开发出蓝绿光、蓝光、紫外光等等多种发光器件。氧化锌的能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能，在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。此外，微颗粒的氧化锌作为一种纳米材料也开始在相关领域发挥作用。 晶体数据：针状体根部直径 (µm) 0.1～10 比热 (J/g·k) 5.52 耐热性能 (℃) 1720(升华） 真实密度 (g/cm3) 5.8 表观密度 (g/cm3) 0.01～0.5 粉体电阻率 (Ω·cm) 104～109 介电常数 (实部) 4.5～30 介电常数 (虚部) 20～135 拉伸强度 (MPa) 1.2×104 d性模量 (MPa) 3.5×105 热膨胀率 (％/℃) 4×106 氧化锌空间结构 电镜下的氧化锌半导体材料 制备方法：纯氧化锌是煅烧锌矿石或在空气中燃烧锌条而得。氧化锌结晶是六角晶系，晶格常数α=3.25×10-10m，c=5.20×10-10m。室温下满足化学计量比关系的氧化锌晶体或多晶体中导电载流子极少，具有绝缘体的性能。在空气中经高温处理后，将会因氧的过剩或不足而成为偏离化学计量比关系的不完整晶体，即含有氧缺位或氧填隙锌的非化学计量比结晶，使自由电子或空穴大大增多，氧化锌由白色绝缘体变成青黑色半导体。当在氧化锌中加入适量的其他氧化物或盐类,如Bi2O3、Sb2O3、Co2O3、MnO、Cr2O3、Al2O3或Al(NO3)2等作为添加剂，按一般的陶瓷工艺成型烧结，可以制得氧化锌半导瓷。理论模型:六方纤锌矿结构是理想的氧化锌，对称性C6v-4、属于P63mc空间群，品格常数C=O．521 nm，Y=120 ，a=b=O．325 nm，α=β= 90。。其中c／a较理想的六角柱紧堆积结构的1．633稍小为1．602。其它方向的氧ZnO键长为O．197 nm，只有c轴方向为0．199 nm，其晶胞由锌的六角密堆积与氧的六角密堆积反向套够而成。本文所有的及孙模型都是以超晶胞为基础的模型。我们可以看出，在氧化锌中的配位体是一个三角锥，锥顶原子和中心原子的键长与锥面三个原子的键长相比要稍大，其棱长小于底面边长。所以，ZnO 四面体为晶体中02-一配位多面体，O2-与Zn 配位情况基本相同。 计算结果：利用实验晶格参数对理想的ZnO晶体的电子结构进行了计算。其中包括总体态密度，能带结构，分波态密度。图3，图4，图5为计算结果。用其他理论方法计算的结果与本文计算结果相符合。我们可以从图3，图4，图5中看出，基本上，ZnO的价带可分为两个区域，分别是-4．0～0 eV的上价带区以及一6．0～L4．0 eV的下价带。很显然，ZnO下价带区则主要是Zn3d态贡献的，而上价带区则主要是由02p态形成的。在一18 eV处由02s态贡献的价带部分，与其他两个价带由于之间的相互作用相对较弱，本文不做相关讨论。对于主要来源干Zn4s态贡献的导带部分，从Zn4s态到02p态电子具有明显的跃迁过程，氧位置处的局域态密度的引力中心受到影响向低能级方向移动，这就表明了，理想ZnO是一个共价键较弱，离子性较强的混合键金属氧化物半导体材料。组成：这种半导瓷由半导电的氧化锌晶粒及添加剂成分构成的晶粒间层所组成，其理想结构模型如图。由于每一个氧化锌晶粒和晶粒间层之间都能形成一个接触区，具有一般半导体接触的单向导电性，所以两个晶粒间存在两个相反位置的整流结，一块氧化锌半导瓷片是大量相反放置的整流结组的堆积。 图6：氧化锌半导瓷空间结构氧化锌半导瓷的伏安特性：当外加电压于这种材料时，低电压下，由于反偏整流结的阻挡作用，材料呈高阻状态，具有绝缘性能。当电压高达一定值时，整流结发生击穿，材料电阻率迅速下降，成为导电材料，可以通过相当大密度的电流。图7：氧化锌半导体瓷的伏安特性 作用：氧化锌半导瓷的非线性电压电流关系。利用这种对称的非线性伏安特性可以制成各种电压限幅器、能量吸收装置等，如电力系统的过电压保护装置，特别是由于这类材料低电压下的电阻率高，因而在长期工作电压下漏电流小、发热小，可以做成不带火花间隙的高压避雷器；而高电压下电阻低、残压小，能把过电压限制在更低的水平上，使电网和电工设备的绝缘水平有可能降低，特别是在超高压电网，这一点更为重要。拓展：稀磁半导体材料（Diluted magnetic semiconductors，DMS）稀释磁性半导体简称稀磁半导体(Diluted Magneticsemi Conductors,DMS),是利用3d族过渡金属或4f族稀土金属的磁性离子替代Ⅱ2Ⅵ族、Ⅳ2Ⅵ族、Ⅱ2Ⅴ族或Ⅲ2Ⅴ族等化合物半导体中的部分非磁性阳离子而形成的新型半导体材料,又可称为半磁半导体(Semi Magnetic Semi Conductors,SMSC)材料或半导体自旋电子材料。之所以称为稀磁半导体是由于相对于普通的磁性材料,其磁性元素的含量较少。这类材料由于阳离子替代而存在局域磁性顺磁离子,具有很强的局域自旋磁矩。局域顺磁离子与迁移载流子(电子或空穴)之间的自旋2自旋相互作用结果产生一种新的交换相互作用,使得稀磁半导体具有很多与普通半导体截然不同的特殊性质,如磁性、显著的磁光效应和磁输运性质。稀磁半导体能利用电子的电荷特性和自旋特性,即兼具半导体材料和磁性材料的双重特性。它将半导体的信息处理与磁性材料的信息存储功能、半导体材料的优点和磁性材料的非易失性两者融合在一起,这种材料研制成功将是材料领域的革命性进展。同时,稀磁半导体在磁性物理学和半导体物理学之间架起了一道桥梁。ZnO作为一种宽带隙半导体,激子束缚能较高(60meV),具有温度稳定性好、光透过率高、化学性能稳定,原料丰富易得、价格低廉等优点,并且过渡金属离子易于掺杂,可制备性能良好的稀磁半导体,因而成为目前稀磁半导体材料的研究热点。 国内研究以及原理：近年来，由于1i掺杂的Zn()材料可能同时具有铁电性和铁磁性，国内很多研究者都对它进行了研究。南京大学的宋海岸等制备了Ni、I』i共掺的ZnO薄膜，发现由于Li掺杂引入了空穴，使铁磁性减弱 ]。北京航空航天大学的李建军等制备了I Co共掺的ZnO纳米颗粒，实验发现，当掺杂浓度少于9 时体系的铁磁性会增强，其原因是掺入后形成了填隙原子，电子浓度明显增加，使得束缚磁极子浓度增加，且磁极子之间容易发生重叠，最终导致铁磁耦合作用增强。武汉大学的C W Zou等制备了Mn、Li共掺杂的ZnO薄膜，研究了不同Mn掺杂浓度的ZnO样品。但这些研究中对Li、Mn共掺杂ZnO陶瓷的磁性研究并不常见。 应用现状与前景展望(1)改变组分获得所需的光谱效应通过改变磁性离子的浓度可得到所需要的带隙,从而获得相应的光谱效应。由于其响应波长可覆盖从紫外线到远红外线的宽范围波段,这种DMS是制备光电器件、光探测器和磁光器件的理想材料。在Ⅲ2Ⅴ族宽带隙稀磁半导体GaN中掺入不同的稀土磁性元素可发出从可见光到红外的不同波长的光,加上GaN本身可发紫外光,因此掺稀土GaN材料可发出从紫外到红外波段的光,如在GaN中掺Er可发绿光,而掺Pr可发红光等。1994年Wilson等[24]在掺Er的GaN薄膜中首次观察到1.54μm的红外光荧光。1998年Steckl等采用Er原位掺杂方法首次获得绿光发射[25],掺Er的GaN的另一个重要特性是其温度猝灭效应很弱,这对于制备室温发光器件非常重要。后来红光和蓝光器件相继研制成功,这些都可以作为光通信和光电集成的光源。(2)sp2d交换作用的应用利用DMS的巨法拉第旋转效应可制备非倒易光学器件,也可用于制备光调谐器、光开关和传感器件。DMS的磁光效应为光电子技术开辟了新的途径。利用其磁性离子和截流子自旋交换作用(sp2d作用)所引起的巨g因子效应,可制备一系列具有特殊性质的稀磁半导体超晶格和量子阱器件。这种量子阱和超晶格不仅具有普通量子阱和超晶格的电学、光学性质,而且还具有稀磁半导体的磁效应,因此器件具有很多潜在的应用价值。利用磁性和半导体性实现自旋的注入与输运,可造出新型的自旋电子器件,如自旋过滤器和自旋电子基发光二极管等。(3)深入研究自旋电子学,推动DMS的实用化自旋电子学是目前固体物理和电子学中的一个热点,其核心内容是利用和控制固体,尤其是半导体中的自旋自由度。近年来以稀磁半导体为代表的自旋电子学的研究相当活跃,各国科研机构和各大公司都投入了巨大财力和人力从事此领域的研究。利用具有磁性或自旋相关性质的DMS基材料可制出一类新型器件———既利用电子、空穴的电荷也利用它们的自旋。这些新材料和人造纳米结构,包括异质结构(HS)、量子阱(QW)和颗粒结构一直是一些新型功能的“沃土”———与自旋相关的输运、磁阻效应和磁光效应。自旋电子学可用于计算机的硬驱动,在计算机存储器中极具潜力。在高密度非易失性存储器、磁感应器和半导体电路的集成电路、光隔离器件和半导体激光器集成电路以及量子计算机等领域,DMS材料均有重大的潜在应用。但上述以稀磁半导体为基础的自旋电子器件的研制尚处于起步阶段,距实用化还有很长的路程。自旋电子学与自旋电子学器件研究的深入,将加深DMS机理的研究和理论的探索,推动DMS的实用化过程。(4)室温DMS的研究为了应用方便,需要开发高居里温度(Tc)的DMS材料(高于室温)。室温下具有磁性为磁性半导体的应用提供了可能。扩展更多的掺杂磁性元素或生长更多种类材料来提高DMS材料的居里温度是当前的首要问题。近来Hori等成功掺入5%Mn在GaN中,获得了高于室温的Tc报道表明(Zn,Co)O的居里温度可达到290～380K[26]。Dietl等[6]采用Zener模型对闪锌矿结构的磁半导体计算表明,GaMnN和ZnMnO具有高达室温的居里温度,该计算结果对实验研究提供了很好的理论依据。但是,如何将磁性和半导体属性有机地结合起来仍然是值得进一步研究的问题。

稀磁半导体系统工程分析方法及其应用

稀磁半导体(Diluted Magnetic Semiconductors, DMS)结合了半导体的电荷输运特性和磁性材料的信息存贮特性,是构建新一代自旋电子器件的关键材料。由于磁性元素的引入,使得稀磁半导体拥有一系列不同于一般半导体的特性。稀磁半导体能够实现同时 *** 纵电子的电荷和自旋,使得电子的自由度增加,可以极大地提高磁存储的传输速率,因而引起很多研究者的关注。稀磁半导体是国际上研究的一个热点,而ZnO基稀磁半导体又是最引人瞩目的。目前多数3d过渡族元素(Transition metals,简写为TM))掺杂的ZnO都有实现铁磁性的报道,其中研究最为广泛的当属Co、Ni或Mn掺杂的ZnO,尽管取得了不少进展,但仍有许多问题(如ZnO：TM的磁性起源,ZnO：TM能否表现出内禀铁磁性等等)有待解决。在本论文中,利用磁控溅射制备了不同浓度的过渡族金属掺杂ZnO半导体样品。研究多种不同过渡金属掺杂ZnO半导体体系,对过渡金属掺杂导致ZnO基半导体的结构、光学以及磁学性质进行了详细的研究。结合SQUD、XRD和XPS等方法,解析过渡金属在基质ZnO中的存在方式,探讨铁磁性的产生机理,并重点对ZnO：V薄膜进行了研究。1.利用直流反应磁控溅射制备了ZnO：TM(V,Mn,Fe,Co,Ni)薄膜并对其结构,光学,磁学特性进行了研究。结果表明所有的薄膜都具有纤锌矿结构,在掺杂浓度相对较低的情况下,薄膜都沿着c轴取向生长,随着掺杂浓度的增大,有些薄膜变为非晶态,有些薄膜依然保持为多晶态。这是因为不同离子半径大小不同,使得晶格产生的畸变不同引起的。ZnO：V与ZnO：Fe薄膜的透过率都是随着薄膜的掺杂浓度的增大先减小后增大,而ZnO：Ni与ZnO：Co薄膜的透过率则随着掺杂浓度的增加而减小。2.在ZnO：TM(V,Mn,Fe,Co,Ni)薄膜中只有ZnO：V,ZnO：Mn薄膜具有室温铁磁性,其他均不具有室温铁磁性。经初步分析,在ZnO：Mn与ZnO：V中薄膜的铁磁性来源于薄膜中的掺杂离子与缺陷形成束缚磁极子。掺杂离子半径、缺陷浓度等都会不同程度的影响薄膜中束缚磁极子的形成。3.在不同条件下制备了ZnO：V系列样品,研究了总压强、氧偏压、衬底温度等工艺参数对ZnO：V薄膜结构及特性的影响。4.为了证明薄膜中的铁磁性与缺陷浓度有关,本文研究了退火对薄膜铁磁性的影响。研究表明,当退火温度小于500℃时,退火不会改变ZnO薄膜的纤锌矿结构。但晶体有所改善,晶粒逐渐增大,应力逐渐被释放,使得薄膜的透过率随着退火温度的增大而提高。薄膜在真空中退火会使其铁磁性增强,并且饱和磁化强度随着退火温度的增加而增加,在500℃退火薄膜的饱和磁化强度约为未退火薄膜的饱和磁化强度的两倍。而在空气中退火的薄膜并不具有室温铁磁性。5.在Si衬底上制备了不同V掺杂浓度的ZnO薄膜。在掺杂浓度比较小时薄膜具有高度的c轴取向,随着掺杂浓度的增大,(002)峰的强度逐渐减小。相同掺杂浓度的薄膜在Si衬底上比在玻璃上的结晶质量好。Si衬底上的薄膜的铁磁性与玻璃上制备的ZnO：V薄膜具有相同的趋势,但其饱和磁化强度较小,这从侧面说明了薄膜中的铁磁性与其缺陷浓度有关。6.采用了密度泛函理论的超软赝势能带计算方法,研究了纤锌矿ZnO及ZnO：Mn的电子结构,根据前面的实验结果,薄膜中Mn为四价Mn4+,为了保持电中性,去掉一个O2-。理论计算表明,ZnO：Mn的禁带宽度随着掺杂浓度的增大而逐渐增加,过渡金属Mn的掺入导致了自旋极化杂质能级的形成,电子自旋向上和自旋向下的总态密度分布存在着差别,具有不对称性,呈现铁磁性

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The engineering geological environment of urban is a complex system . Its complexity mainly expresses in its dynamic proporties under endo - genie and exogenic foroes, especially, human economic - engineering aotivity, as well as which causes a series of difficulties in the present evaluationand the trend forecast of the urban environmental engineering geology.This paper deal with the environmental engineering geological probl -ems caused by endogenic and exogenic factors. From the point of view of system engineering and technological method of knowledge en - gineering the basic way of urban environmental engineering geology has been approached. First, the paper elucidates the inevitability andessentialiity of the system engineering used to guide the study of the urban environemntal engineering geology. Second, taking Anshan City of liaoning Province, Tongohuan City of Shanxi Province, Nantong City of Jiangsu Province as exampls it presents in detail the methods of analysis, mumerioal simulation , quality evaluation and foroast ofurban environmental engineering geology on the basic of system engi -neering and computer technology. The earthquake risk analysis and emulation study of site seismic hazard effect in Anshan City ,thequality zonation of environmental engineering geology and system for - cast of geological hazard tendency in Tongchuan City , the grey for- cast of urban environmental engineering geology and analysis adep - ted for urban panning have been done. The computer aided working system which has various functions of data analysis, graphic analy - sis and symthesize evaluation hac been made . Form the aforementi -oned studies the technological way and method of environmental en -gineering geology of differential urbans have been aproached ,and some good suggests have been provided, which may be used to guide management of urban environmental engineering geological and the ur - ban pianning of three cities.

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【英文题名】 Analytieal Method and Application of System Engineering for the City Environment Engineering Geology

【作者】 贾家麟

【导师】 胡海涛哈承佑

【学位授予单位】 中国地质科学院

【学科专业名称】 工程地质

【学位年度】 1992

【论文级别】 博士

【网络出版投稿人】 中国地质科学院

【网络出版投稿时间】 2007-12-20

【中文摘要】 城市的工程地质环境是城市发展所面监的复杂的系统之一。其复杂性集中表现在系统在内，外动力作用下，特别是在人类经济—工程活动作用下的动态变化特征及因此给人们评价和预测城市环境工程地质质量现状及发展趋势，制定有效的防治灾害和环境管理措施而带来的障碍。 本文分别以作用于城市的内、外两类动力因素而产生的环境工程地质问题为研究对象，应用系统工程学的研究杨想，知识工程学的技术手段，着重从方法学方面对开展城市环境工程地质工作的基本途径进行探讨。首先在理论上阐明了应用系统工程指导城市环境工程地质研究的必然性和必要性；进而以辽宁鞍山、陕西铜川、江苏南通三个城市为例，详细阐明了应用系统工程理论和计算机技术，进行环境工程地质分析、环境工程地质数学模拟、环境工程地质质量评价和预测的具体方法，完成了鞍山市城市地震危险性分析和场地震害效应仿真研究、铜川市城市环境工程地质质量分区和城市地质灾害发展趋势系统预测、南通市城市环境工程地质质量灰色预测与城市规划的适宜性分析，建立了用于数据分析、图形处理和综合评价的计算机附助工作系统，从中探求了进行不同类型城市环境工程地质研究的技术路线和技术方法，为三城市工程地质环...

【英文摘要】 The engineering geological environment of urban is a complex system . Its complexity mainly expresses in its dynamic proporties under endo - genie and exogenic foroes, especially, human economic - engineering aotivity, as well as which causes a series of difficulties in the present evaluationand the trend forecast of the urban environmental engineering geology. This paper deal with the environmental engineering geological probl -ems caused by endogenic and exogenic factors. From the point ...

【更新日期】 2008-03-28

【机标关键词】 南通市,地质环境,地面沉降,地质系统,工程地质研究,城市环境,江岸,铜川市,鞍山市,环境工程

系统工程方法与应用

作者：郝勇

ISBN：10位［7030203739］ 13位［9787030203731］

出版社：科学出版社

出版日期：2007-12-1

定价：￥26.00 元

内容提要

系统工程是管理科学与工程类专业的一门重要主干课程。本书以建立系统的思想为基础，以模型方法及其预测功能、评价功能和仿真功能为主要内容，以定量模型建立、分析、评价的逻辑过程为思维路线，结合实际案例，较系统地阐明了系统工程方法的应用。通过本书的学习，可以使学习者掌握系统工程的基本概念，掌握一些常用的分析方法，并具有应用系统工程思想、方法和技术解决社会、经济中实际问题的能力。

本书适合作为管理类和经济类专业的本科教材，也可用作社会、经济等各行业系统管理人员的参考书。

系统工程是20世纪中期产生并迅速发展起来的一门管理科学与工程方面的综合应用技术和方法，本书以建立系统的思想为基础，以模型方法及其预测功能、评价功能和仿真功能为主要内容，以定量模型建立、分析、评价的逻辑过程为思维路线，结合实际案例，较系统地阐明了系统工程方法的应用。本书的编写宗旨是提供一本较为适用的教科书和参考书，以期提高系统工程方法的应用效率、增强其运用效果。

目录

前言

第1章 系统与系统工程

1.1 系统的概念

1.2 系统工程的概念

本章思考题

第2章 系统模型方法

2.1 模型的概念

2.2 建立模型的方法

2.3 系统结构模型

2.4 层次分析方法

本章思考题

第3章 系统预测模型

3.1 系统预测概述

3.2 回归分析方法

3.3 时间序列分析

3.4 神经网络技术

本章思考题

第4章 系统评价模型

4.1 系统评价概述

4.2 因素分析方法

4.3 聚类分析方法

4.4 数据包络分析

本章思考题

第5章 系统仿真模型

5.1 系统仿真概念

5.2 蒙特卡罗方法

5.3 系统动力学方法

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