Co：TiO-,2-和V：TiO-,2-薄膜的結(jié)構(gòu)與磁性研究.pdf

1、由于在自旋電子學(xué)領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用前景，稀磁半導(dǎo)體吸引了越來越多的關(guān)注。為了滿足實現(xiàn)應(yīng)用的需要，要求其居里溫度不低于室溫。理論研究表明過渡元素?fù)诫sTiO2薄膜可能具有室溫鐵磁性，推動了寬禁帶氧化物半導(dǎo)體的研究進(jìn)程。 大量的研究表明過渡金屬摻雜的TiO2的鐵磁性可能是由于團(tuán)簇或磁性第二相所致。而另一些報道卻認(rèn)為不存在磁性第二相或團(tuán)簇，支持本征的磁性起源。顯然關(guān)于稀磁半導(dǎo)體的磁性起源仍然存在很大的爭議。 本文采用磁控濺射方法在玻

2、璃基底上生長了Co，V摻雜的TiO2薄膜，并系統(tǒng)的研究了薄膜的結(jié)構(gòu)和磁性。薄膜的厚度一般控制在200-300nm。用X射線衍射(CuKα)檢測薄膜晶體結(jié)構(gòu)。利用原子力顯微鏡(AFM)檢測表面形貌，運用磁力顯微鏡檢測相應(yīng)的磁疇結(jié)構(gòu)。用X射線光電子能譜檢測薄膜的化學(xué)組分和化合鍵。利用振動樣品磁強計(VSM)測量樣品磁性。 所有Co：TiO2薄膜均為單相銳鈦礦結(jié)構(gòu)，沒有發(fā)現(xiàn)Co團(tuán)簇或第二相。表明Co替代Ti進(jìn)入晶格形成稀磁半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

3、AFM檢測未發(fā)現(xiàn)團(tuán)簇及顆粒，樣品形貌均勻，但是隨著濺射氣壓的增大粗糙度增大，這是由于沉積速率增大使薄膜生長不均勻造成的。MFM檢測樣品磁疇，可以看到清晰的磁性信號，微弱的明暗對比，與表面形貌存在很大區(qū)別。飽和磁矩隨著濺射氣壓的增大而增大，隨退火溫度的升高而降低。結(jié)合XRD結(jié)果和AFM結(jié)果可知，隨著濺射氣壓的增大，退火溫度的降低缺陷數(shù)量增多。由此可以推斷缺陷對材料的磁性產(chǎn)生起了關(guān)鍵作用。 利用XRD檢測V：TiO2薄膜的結(jié)構(gòu)。盡管

4、制備過程中采用了基底加熱和退火，但是仍沒有檢測到任何衍射峰。說明材料是非定型的。利用AFM檢測了樣品的形貌，薄膜顆粒分布比較均勻相應(yīng)的磁疇圖利用MFM檢測，沒有明顯的磁性信號。利用XPS檢測樣品的組分和價態(tài)，除了V、Ti、O、C外沒有發(fā)現(xiàn)任何其他元素，可以排除是由于外來污染物導(dǎo)致磁性的可能。另外根據(jù)V2P2/3的位置，得出V為+4價。真空退火樣品具有室溫鐵磁性，居里溫度約為340K，飽和磁化強度隨著摻雜濃度的增加磁矩降低。而在氧氣氛圍下