探究宽带隙高居里点稀磁半导体材料的研究

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1、上海交通大学硕士学位论文宽带隙高居里点稀磁半导体材料的研究姓名：李冬红申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：上官文峰;袁坚20080101上海交通大学硕士学位论文摘要宽带隙高居里点稀磁半导体材料的研究摘要近年来，稀磁半导体（DilutedMagneticSemiconductors）(DMS)因表现出独特的磁有序现象备受人们关注，对其独特磁性的理解涉及到很多的基础性物理问题，同时，这些独特的磁性蕴涵巨大的潜在应用前景，而能否获得具有较高居里温度是DMS应用的关键。本文用水热法制备了过渡金属掺杂TiO2的粉末样品，研究了工艺制备条件对样品性能的影

2、响。用XRD、TEM等方法表征了样品的结构，用振动样品磁强计测定了样品的磁性能，并结合样品的结构分析和磁性行为，对样品磁性的起因进行了初步的探讨。研究结果表明，未掺杂的TiO2呈现出单一的锐钛矿相结构，Co离子掺杂促进了样品从锐钛矿相向金红石相的转变，并且Co离子在TiO2中的固溶度小于10%。未掺杂的TiO2中没有铁磁信号，而Ti1-xCoxO2（x=0.01～0.04）样品在室温下均表现出铁磁性，并同时具有顺磁性特征，其样品的居里温度超过300K。磁性离子的掺杂浓度、水热温度和水热时间是影响样品铁磁性的重要因素。在Co掺杂TiO2研究的基础上，

3、进一步对Mn、Fe、Ni掺杂TiO2的粉末样品的制备工艺进行了探讨，并对所制备的样品进行了结构分析和磁性能的实验研究。结果表明，上述磁性元素掺杂的样品均表现出室温铁磁性。与Co掺杂体系相似，Mn、Fe、Ni离子在TiO2中的固溶度均小于10%，同时样品颗粒形貌规整，分散性好，晶粒尺寸都在20nm左右。第I页上海交通大学硕士学位论文摘要不同磁性离子掺杂样品在1T的磁场下，由于顺磁成分的存在，样品磁化强度并未饱和。对于样品铁磁性来源，排除了磁性离子团簇及金属氧化物的可能性。本论文用水热法成功获得了具有较高居里温度、制备重复性好的TiO2基稀磁半导体材料

4、。关键词：稀磁半导体，宽带隙，高居里温度，TiO2，过渡金属元素第II页上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTRESEARCHONBROADBANDGAPHIGHCURIEPOINTRAREMAGNETICSEMICONDUCTORMATERIALABSTRACTDilutedmagneticsemiconductors(DMS)，whichshowferromagneticorderingproperties,haveattractedmuchattentionfortheirpotentialinbothbasicresearchanddev

5、iceapplications.AkeyworktorealizingdevicesapplicationistodevelopDMSwithahighcurietemperature.Inthisthesis,transitionmetallicelements（TM＝Co,Mn,Fe，Ni）dopedTiO2samplesweresynthesizedbyahydrothermaltechnique,andthepreparationprocessconditionswerestudied.Thecrystalstructurewaschara

6、cterizedusingx-raydiffractionandtransmissionelectronmicroscopy.Magneticmeasurementsweremadeinavibratingsamplemagnetometer(VSM).ThusthemagnetizationbehaviorsandtheoriginofferromagnetismofTi1-xTMxOsampleswerestudied.ThepreparationprocessandthemagneticinteractionsoftheTi1-xCoxO2s

7、ampleshadbeenstudiedfirstly.ItwasshowedthatapureanatasephasewasindicatedforsampleTiO2,whilemixedphasesofanataseandrutilewererevealedafterdopedwithCoelement,andtheconcentrationofCoelementinTiO2couldnotexceed10%.ThepureTiO2didnotshowanymagneticsignals,whiletheTi1-xCoxO2（x=0.01-0

8、.04）samplesbecomeferromagnetic.Thedopingconcentration,reactio