工作气压对TiO2薄膜晶体结构及光磁电性能的影响
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王雅欣(1979-),女,博士,讲师,主要从事 半导体薄膜材料与器件的研究.

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国家自然科学基金(10904109)、天津市高校科技发展基金(20110711)和天津职业技术师范大 学校级科研启动基金(KYQD07004)资助项目  3(1.天津职业技术师范大学 电子工程学院,天津 300222; 2.天津理工大学 材料物理所 ,天津 300384; 3.东京理科大学 绿色与安全科学研究中心,东京 162-8601)


Influence of working pressure on the crystal structural and photo-magneto-elec tric properties of TiO2thin films
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    摘要:

    利用射频磁控溅射的方法,在不同的工作气压(0.2Pa~4.0Pa)下,制备了一系列的本征TiO2薄膜。在2~ 340K的绝对温度下,测得所有制备态的本征TiO2薄膜均具有铁磁性,2.0Pa工作气压下 制备的TiO2薄膜具 有最大的室温饱和磁化强度为1.96emu/cm3。通过TiO2薄膜 的X衍射(XRD)图谱观察到,在0.2Pa工作气压 下,锐钛矿和金红石结构共存于TiO2多晶薄膜中;随着工作气压的增加,出现了金红石结 构向锐钛矿结构 的转变;当气压增加到2.0Pa时,TiO2薄膜的晶体结构由多晶态转 变成非晶态。利用高分 辨率透射电镜(HRTEM)分析TiO2薄膜的晶体结构,通过观察1.2Pa 和2.0Pa工作气压下 TiO2薄膜的电子衍射花 样和HRTEM图,可以清楚地看到多晶态向非晶态的转变。利用分光光度计测试了TiO2薄膜 样品的透过率 曲线,可见光区平均透过率高于85%,伴随着晶体结构的非晶态转变 ,光学透过率曲线的吸收边向长波方 向移动,光学带隙减小到3.14eV,由此可以证明,增加的结构缺陷 是系统铁磁性产生的主要原因。并且,所 有本征TiO2样品均为高阻态,电阻率高于107Ω.cm,可以 排除以载流子为媒质的RKKY交换作用对系统铁磁性的影响。

    Abstract:

    Intrinsic TiO2films were prepared by RF-magnetron sputtering at diff erent working pressures (0.2Pa-4.0Pa).All as-deposited intrinsic TiO2film s show hysteresis behavior from 2K to 340K,and the largest room temperature (RT) saturation magnetization (Ms) is 1.96emu/cm3for the amorphous TiO2film deposited at 2.0Pa. From the X-ray diffraction (XRD) patterns of TiO2films,we observe that the rutile and anatase crystal structures coexist in the TiO2films at 0.2Pa.With the working pressure increasing,the transformation b etween the rutile crystalline and anatase crystalline appears.When the working pressure is increased to 2.0Pa, the crystalline state of TiO2film changes from polycrystalline to amorphous.Using the high resolution transmissio n electron microscopy (HRTEM),we can observe the crystalline t ransformation by the electron diffraction pattern and HRTEM image clearly.The tr ansmission spectra of TiO2films are measured by the spectrophotometer,the visible (VIS) transmittance of TiO2films is more than 85%,the absorption edge shifts to the longer wavelength with the amorphous transformation,and the Eg decreases to 3.14eV,so the increasing structural defects play an important role in the ferromagnetism of intrinsic TiO2films.I n addition,all of as-deposited samples are high-resistance state and the resistivity is higher than 107Ω·cm.We can rule out the effect of the carrier-mediated RKKY coupling on the system ferromagnetism.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

王雅欣,裴志军,李彤,徐建萍,赵新为,大川和宏.工作气压对TiO2薄膜晶体结构及光磁电性能的影响[J].光电子激光,2013,(6):1110~1115

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  • 收稿日期:2012-12-18
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