TiO2基稀磁半導(dǎo)體的制備及性能研究.pdf

1、TiO2是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，它具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，良好的介電性質(zhì)和光催化特性，已被廣泛的用作介電材料、太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換器、光催化降解污水及各種傳感器領(lǐng)域?；赥iO2在作為半導(dǎo)體材料方面所具有的良好前景，本課題選擇TiO2作為研究氧化物稀磁半導(dǎo)體材料的母體。
　　 為了研究Fe摻雜TiO2的磁學(xué)性能，必須弄清楚各工藝參數(shù)對Fe摻雜的TiO2納米粉末晶體結(jié)構(gòu)、物相組成的影響，以便據(jù)此來排除雜質(zhì)和相變對磁性的影響。采用溶膠

2、-凝膠的方法在空氣氣氛下制備了Fe摻雜TiO2納米粉末樣品，探究了各種工藝參數(shù)對Fe摻雜TiO2納米粉末晶體結(jié)構(gòu)的影響。實驗結(jié)果表明：(1)隨著陳化時間的減少，晶面間距和晶型保持不變，晶粒尺寸略有增加，晶型結(jié)晶度提高。(2)隨著退火時間的增加，晶粒尺寸略有增加，晶型結(jié)晶度提高，晶型保持不變。(3)隨著退火溫度的升高，樣品中逐漸出現(xiàn)金紅石相，但晶粒尺寸有所增長，結(jié)晶更完善。其物相轉(zhuǎn)換溫度大約在500℃和550℃之間。(4)隨著摻雜量的增加

3、，晶粒尺寸變小，結(jié)晶度變低，在退火溫度較高的情況下會有很多雜相和雜質(zhì)出現(xiàn)。
　　 在工藝參數(shù)為退火溫度500℃，摻雜量為4mol％、退火時間為1h、陳化時間為3h的條件下，考察了其它工藝參數(shù)(不同的摻雜物、退火氣氛、樣品形貌)對TiO2基稀磁半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)和磁性的影響。(1)利用溶膠-凝膠法制備了不同摻雜物在不同的退火氣氛下的過渡金屬摻雜的TiO2基稀磁半導(dǎo)體，所有的樣品均為純的銳鈦礦型，沒有其它的雜質(zhì)和雜相。在不同摻雜物的實驗

4、中發(fā)現(xiàn)：在TiO2晶格中摻雜Co元素相比于摻雜Fe能產(chǎn)生更多的氧空位，而Co和Fe元素共摻則會降低氧空位的濃度。在不同的退火氣氛的實驗中發(fā)現(xiàn)：氬氣環(huán)境中退火能產(chǎn)生更多的氧空位，從而誘導(dǎo)產(chǎn)生更強(qiáng)的室溫鐵磁性。(2)在退火溫度為500℃、Fe摻雜量為4mol％的制備條件下，利用溶膠-凝膠法在空氣氛圍中制備了粉末材料Ti0.96Fe0.04O2，利用磁控濺射的方法在空氣和真空氛圍中制備了薄膜材料Ti0.96Fe0.04O2。所得樣品在空氣中退

5、火樣品為純的銳鈦礦型結(jié)構(gòu)，在真空中退火樣品為非晶結(jié)構(gòu)，可排除其它雜質(zhì)對磁性的影響。在空氣中退火的粉末材料為室溫順磁性，而薄膜材料均為室溫鐵磁性。可能是薄膜和基底發(fā)生相互作用產(chǎn)生了和鐵磁性至關(guān)重要的氧空位。通過對比在空氣和真空氣氛下的薄膜材料，發(fā)現(xiàn)在真空中退火能夠產(chǎn)生更多的氧空位，從而誘導(dǎo)產(chǎn)生更強(qiáng)的鐵磁性。
　　 在空氣氣氛下，保持退火時間(1h)、陳化時間(3h)不變，只通過改變退火溫度(450℃和500℃)，利用溶膠-凝膠法獲