辛胺处理Zn0.98Mn0.02O对提高Mn在ZnO中的溶解度以及降低氧空位密度的调节作用

Mn掺杂ZnO由于在自旋电子材料上的应用而得到了广泛的研究。然而，由于自净化效应，Mn在ZnO纳米晶中的溶解度要远小于体材料中的溶解度。另外，由于氧空位（VO）具有低的形成能，在掺杂制备过程中容易形成。氧空位对研究Mn掺杂ZnO的性质存在一定影响。因此在Mn掺杂ZnO体系中，提高Mn的溶解度以及降低氧空位的浓度时非常重要的。共掺杂是一种改变掺杂离子的状态和调节缺陷种类和浓度的有效的方法。在ZnO体系中，过渡族金属Mn易形成施主能级，而N则易形成受主能级。我们认为在Mn掺杂ZnO中共掺杂N可能形成施主-受主-施主（D-A-D）复合体，D-A-D的形成有可能减小施主的离子化能，因此，（Mn、N）共掺杂可能会增加Mn在ZnO中的溶解度。然而，溶解度和缺陷浓度和类型的检测是非常困难的。选定原子的氧化态和局域环境可以由X射线精细吸收结构（XAFS）给出，即使被测原子的浓度很低。因此我们利用在北京同步辐射装置（BSRF）1W1B-XAFS实验站的XAFS测试手段对不同浓度辛胺处理的Mn掺杂ZnO样品中的Mn的溶解度以及样品中的缺陷类型和浓度进行表征。

Zn的K边吸收谱表明，随着辛胺浓度的增加，样品中的氧空位在逐渐减少。Mn的K边XAFS表明，辛胺处理能够改变Mn的状态，由原来的+3价锰氧八面体转换为+2价的锰氧四面体，这意味着随着辛胺的增加越来越多的Mn进入ZnO晶格。因此，我们证明了在Zn0.98Mn0.02O 纳米晶中共掺杂可以有效的提高Mn在ZnO中的溶解度，并抑制氧空位的形成。该结果表明利用XAFS谱可以有效地研究配位环境以及缺陷类型和浓度的变化。

发表文章：

Yan Cheng,WeichangHao,*HuaizheXu,*YouXing Yu,Tianmin Wang,Rui Chen,Linjuan Zhang,Y. Du,X. L. Wang,and S. X. Dou. Improving the solubility of Mn and suppressing the oxygen vacancy density in Zn0.98Mn0.02O nanocrystals via octylamine treatment. ACS Appl. Mater. Interfaces, 4, 4470-4475, 2012.