Mg和V摻雜TiO2基氧化物半導(dǎo)體的光學(xué)與磁學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、近年來(lái)對(duì)光催化、染料敏化太陽(yáng)能電池、檢測(cè)器件、稀磁半導(dǎo)體等材料的研究一直廣受關(guān)注。其中材料的不同結(jié)構(gòu)以及電子狀態(tài)等性質(zhì)決定了材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。而TiO2作為具有以上性能材料主要基體之一，在相應(yīng)的領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
　　本文采用射頻磁控濺射的方法在不同工藝條件下成功制備了5%Mg摻雜TiO2薄膜，并通過(guò)輪廓儀、X射線(xiàn)衍射、原子力顯微鏡、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)等儀器對(duì)所制備薄膜的微觀結(jié)構(gòu)及其性能進(jìn)行了表征，較為系統(tǒng)地研究了不同工藝條件下制

2、備不同薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、形貌和宏觀光學(xué)性質(zhì)帶隙及折射率；其次利用第一性原理研究了 V和 Mg摻雜金紅石型 TiO2的磁性來(lái)源，為后續(xù)研究應(yīng)用作了較好鋪墊。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　（1）運(yùn)用包絡(luò)線(xiàn)法從光譜中尋找?guī)恫⑶蟮闷湔嬲姆瓷渎使庾V進(jìn)而求解折射率，同時(shí)結(jié)合成熟的透射譜膜厚結(jié)果對(duì)原反射譜膜厚公式修正。經(jīng)過(guò)將光譜求解折射率與第一性原理計(jì)算折射率結(jié)果對(duì)比，可知所求折射率與第一性原理所求折射率規(guī)律表現(xiàn)一致，并且通過(guò)光譜求解膜厚與輪廓

3、儀測(cè)試膜厚對(duì)比同樣發(fā)現(xiàn)計(jì)算方法可行，所以通過(guò)包絡(luò)線(xiàn)法求解反射譜的折射率是切實(shí)可行的。
　?。?）研究了不同基底溫度下所制備薄膜的結(jié)構(gòu)與表面形貌，隨著基底溫度逐漸升高，薄膜的結(jié)構(gòu)由單一的金紅石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石與銳鈦礦的混合結(jié)構(gòu)，這是由于 Mg摻入有利于銳鈦礦的生成，阻礙金紅石相的生長(zhǎng)。薄膜表面顯示有團(tuán)聚現(xiàn)象，其團(tuán)聚的顆粒之間的間隙明顯增加導(dǎo)致折射率逐漸減小。
　　（3）研究不同靶基距下薄膜的結(jié)構(gòu)及其性能，小的靶基距由于沉積的等

4、離子體能量高而出現(xiàn)銳鈦礦相結(jié)構(gòu)，并在靶基距為4cm時(shí)形成銳鈦礦結(jié)構(gòu)的MgTi4O5相。除靶基距為4cm的反射光譜無(wú)法做出優(yōu)異的包絡(luò)線(xiàn)外，6cm和7cm的靶基距下折射率優(yōu)于其他靶基距下的折射率。
　?。?）研究薄膜的沉積厚度隨氧氣流量的變化，結(jié)果不顯示遲滯曲線(xiàn)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)由于工藝上存在差異而導(dǎo)致產(chǎn)生熱滯后效應(yīng)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)光譜分析認(rèn)為出現(xiàn)莫斯布爾斯坦效應(yīng)。
　　（5）研究不同降溫速率對(duì)5%Mg摻雜 TiO2薄膜樣品的影響，分析

5、表明光譜整體為濾波器信號(hào)，其中波紋幅度 d=0.02<　?。?）理論計(jì)算分析 V摻雜后 TiO2的磁學(xué)性質(zhì)與實(shí)驗(yàn)測(cè)到的磁性吻合。V摻雜的磁性來(lái)源于 V的3d電子態(tài)引入，其進(jìn)入帶隙位置，使電子上下自旋不再對(duì)稱(chēng)從而誘導(dǎo)了鐵磁性。Mg摻雜 TiO2態(tài)密度圖表明 Mg的電子態(tài)未進(jìn)入