李 聪, 姜宏伟, 郑友进, 郝国栋

(牡丹江师范学院 物理系 黑龙江省新型碳基功能与超硬材料重点实验室， 牡丹江 157011)

1 引 言

SnO2是一种典型的半导体，具有理想的禁带宽度(3.6 eV[1])和可观的激子结合能(130 meV[2])，因此在太阳能电池、激光器件、涂层材料等众多领域展现出了良好的应用潜质[3, 4]. 为了进一步提高SnO2的物理化学性质，许多研究人员采用离子掺杂的手段对SnO2的电子结构进行调控. 相关的实验和理论研究表明：In掺杂能使SnO2实现p导电，空穴浓度随In掺杂量增加而增加[5]；Sb掺杂SnO2能通过施主-受主能级跃迁实现紫外光激发[6]；Fe掺杂能有效降低SnO2的禁带宽度，进而增加SnO2对可见光的吸收系数，提高其光电效率[7]；Cr掺杂能拓展SnO2的吸收谱宽度并增加SnO2在可见光区的反射率和折射率[8]. 更为重要的是，有学者发现Fe、Co、Mn等元素掺杂能使SnO2具有铁磁性[7,9,10]，这使得SnO2成为一种潜在的稀磁半导体. 除此之外，Salmani等[11]的理论研究表明V、Cr掺杂能够引入自旋极化电子态从而使SnO2具有室温铁磁性. 唐小梅[12]则通过实验研究证实K掺杂的SnO2样品呈室温铁磁性，饱和磁化强度随掺杂浓度升高而增强. 然而，理想稀磁半导体的磁性来源应该是本征的，即贡献磁矩的自旋电子是被诱导极化的而不是由掺杂直接引入. Fe、Co、Mn等元素的氧化物大都具有磁性，因而这些元素掺杂的半导体的磁性很可能来源于体系中形成的金属氧化物(第二相). 为了避免这种磁性来源的混淆，采用非磁元素作为掺杂剂成为一种行之有效的方法[13, 14]. 这其……