TiO-,2-基氧化物半導(dǎo)體磁性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、摻雜氧化物半導(dǎo)體作為稀磁半導(dǎo)體的一種候選材料，其鐵磁性的研究在近幾年來受到了極大的重視，TiO2基半導(dǎo)體磁性的研究是其中最活躍的課題之一。本文致力于未摻雜、V摻雜和Cr摻雜TiO2的磁性的實(shí)驗(yàn)研究，關(guān)注點(diǎn)是室溫鐵磁性及其來源。
　　 用溶膠—凝膠法制備了銳鈦礦和金紅石TiO2-δ納米粉末，用射頻磁控濺射方法制備了銳鈦礦TiO2-δ薄膜。M-H和ZFC-FC曲線都表明在還原氣氛中退火的TiO2-δ納米粉末具有室溫鐵磁性，且在相同的

2、退火時(shí)間下或在相同的還原氣氛下退火時(shí)隨著還原氣氛的增強(qiáng)或退火時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng)。Ti2p密集掃描XPS譜分析表明粉末中的Ti離子都是+4價(jià)的，不存在Ti2+和Ti3+離子。對(duì)樣品XRD、O1s密集掃描XPS譜和UV-vis吸收譜(以及薄膜的UV-vis透射譜)的分析皆表明，在相同的退火時(shí)間下或在相同的還原氣氛下退火粉末時(shí)，其氧空位濃度隨著還原氣氛的增強(qiáng)或退火時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。綜合這些結(jié)果，純TiO2-δ納米粉末的鐵磁性來源于氧空位，而不是

3、Ti2+或Ti3+離子之間的交換作用，可以用類似Coey提出的分子軌道模型來解釋這種鐵磁性。
　　 用溶膠—凝膠法和固相反應(yīng)法制備了金紅石Ti0.94V0.06O2粉末，用固相反應(yīng)法分別制備了具有附加Nb、Al或Cu摻雜的金紅石Ti0.94V0.06O2粉末。磁性測(cè)量表明，未退火的粉末具有顯著的室溫鐵磁性但不存在反鐵磁耦合，在Ar氣中退火后其鐵磁性僅略有增加，其鐵磁性主要來源于摻雜的V離子，氧空位對(duì)引入鐵磁性也有貢獻(xiàn)。附加電子摻

4、雜(Nb5+)或空穴摻雜(Al3+)都減小電阻率，也大大削弱了鐵磁性，這個(gè)結(jié)果與僅當(dāng)沒有任何其它載流子缺陷或附加摻雜時(shí)V摻雜TiO2才具有鐵磁基態(tài)的理論預(yù)言相符。雖然附加Cu摻雜也使金紅石Ti0.94V0.06O2粉末的鐵磁性減弱電阻率減小，但附加1％Cu摻雜的樣品具有一定的室溫鐵磁性和導(dǎo)電性。
　　 用溶膠—凝膠法制備了Cr摻雜TiO2粉末，樣品具有很強(qiáng)的順磁性和很弱的鐵磁性。順磁性隨著摻雜量增加而增強(qiáng)，鐵磁性表現(xiàn)為隨著摻雜量