论文部分内容阅读
钛酸锌(ZnTiO3)材料具有优异的微波介电性能,已经在移动通讯设备中的片式介质谐振器,气体传感器,颜料和薄膜太阳能电池等器件方面得到了应用。同时,钛酸锌又是宽禁带半导体材料,对其进行磁性元素的掺杂可能使其成为新的稀磁半导体材料。现有对钛酸锌的研究大多聚焦于其纳米,粉体和块体材料,且纯相钛酸锌难以获得,所以其在光学和电磁方面的报道比较匮乏。另外,改变材料的化学计量比或者进行元素掺杂将会改变材料的物理性质。鉴于此,为了进一步探索并改善ZnTiO3薄膜的物理性质,我们对其母体进行了元素掺杂进而研究其光学与电磁学性质。
另外,Fe基硫族化合物由于其优异的性能而受到广泛的关注,Co与Fe为同周期,而且性能相似,所以我们尝试制备CoTe2基单晶,并对其进行物性研究,以期获得一些有意义的结果。CoTe2单晶呈现出顺磁性,对其进行Fe掺杂进而改变其磁性,以期能够获得新的磁性材料。
在本论文中,我们用溶胶凝胶法(sol-gel)制备了掺杂钛酸锌薄膜,以及自助熔剂法生长了Fe掺杂CoTe2单晶,开展了一些工作。主要内容如下:
一,通过溶胶凝胶法制备了Si衬底上Co掺杂的ZnTiO3薄膜。X射线衍射(XRD)结果表明,所有样品是纯相的六方结构,随着Co浓度的增加,样品的晶格常数a逐渐增加,而晶格常数c却减小;X射线光电子能谱结果表明,Co2+离子存在于当前的样品中;样品的Raman光谱进一步表明所有样品为纯相的H-ZnTiO3;原子力显微镜(AFM)结果显示,随着Co掺杂的增加,薄膜的表面粗糙度降低,而且晶粒尺寸变大;母体ZnTiO3薄膜显示出微弱的磁性,而掺杂样品在室温下都表现出明显的铁磁性,并且随着Co浓度增加,铁磁性逐渐增强,这与样品中磁性离子诱导的束缚磁极化子有关。依据Adachi介电函数模型,对样品的室温椭圆偏振光谱进行处理,得到样品的光学常数,禁带宽度以及薄膜厚度。在532nm处,样品折射率n随着Co掺杂浓度的增加而变大;样品的光学禁带宽度EOBG与Co含量x满足EOBG=(4.37-2.66*x)的关系;随着Co含量增加,样品的平均振子强度E0和平均振子波长S0都减小,而电光参数E0/S0却变大。
另外,我们也在石英衬底上生长了Co掺杂ZnTiO3薄膜,XRD结果表明所有薄膜是六方晶相的ZnTiO3;样品的紫外-可见-近红外透射光谱显示,随着Co掺杂浓度的增加,样品的吸收边向低能端移动;根据Tauclaw得到样品的禁带宽度,其值随Co掺杂浓度的增加而逐渐减小;另外,我们还测量了样品的非线Z扫描谱,样品可能具有非线性光学效应。
二,通过溶胶凝胶法制备了Si衬底上的Fe掺杂的六方晶相ZnTiO3薄膜,XRD结果显示,晶面指数为(110)与(104)的衍射峰强度随掺杂浓度增加而增加;AFM结果显示,随着掺杂的增加,薄膜表面粗糙程度降低,晶粒尺寸变大;未掺杂的母体ZnTiO3薄膜几乎不显示铁磁性,掺杂的样品显示了明显的铁磁有序,而且随着Fe离子掺杂浓度的增加,样品的铁磁性逐渐变强;另外,我们对石英衬底上生长的Fe掺杂的ZnTiO3薄膜进行了初步研究,XRD结果表明所有薄膜显示ZnTiO3的六方晶相;对样品的紫外-可见-近红外光谱研究发现,随着Fe掺浓度杂的增加,薄膜的吸收边向低能端移动;根据Tauclaw得到样品的禁带宽度值是随Fe掺杂浓度的增加而逐渐减小,这与石英衬底上Co掺杂ZnTiO3薄膜的情况相似。根据Cauchy色散模型,我们对样品在400-800nm之间的透射光谱进行处理,得到了样品的折射率和消光系数。
三,以Te为助熔剂,生长出较大尺寸的CoTe2和Fe掺杂CoTe2单晶;XRD结果表明所有单晶均为正交结构,空间群为Pnmm。对名义组分的0.03Fe掺杂样品进行了电输运测量,其表现出类金属行为,利用Bloch-Grüneisen理论对电输运进行研究,结果表明导电性可能来源于带内的电子跃迁;该样品的磁化率-温度关系表明,其表现出顺磁行为,但在40k左右,该曲线出现一个弱的峰,说明样品有可能存在反铁磁态。
另外,Fe基硫族化合物由于其优异的性能而受到广泛的关注,Co与Fe为同周期,而且性能相似,所以我们尝试制备CoTe2基单晶,并对其进行物性研究,以期获得一些有意义的结果。CoTe2单晶呈现出顺磁性,对其进行Fe掺杂进而改变其磁性,以期能够获得新的磁性材料。
在本论文中,我们用溶胶凝胶法(sol-gel)制备了掺杂钛酸锌薄膜,以及自助熔剂法生长了Fe掺杂CoTe2单晶,开展了一些工作。主要内容如下:
一,通过溶胶凝胶法制备了Si衬底上Co掺杂的ZnTiO3薄膜。X射线衍射(XRD)结果表明,所有样品是纯相的六方结构,随着Co浓度的增加,样品的晶格常数a逐渐增加,而晶格常数c却减小;X射线光电子能谱结果表明,Co2+离子存在于当前的样品中;样品的Raman光谱进一步表明所有样品为纯相的H-ZnTiO3;原子力显微镜(AFM)结果显示,随着Co掺杂的增加,薄膜的表面粗糙度降低,而且晶粒尺寸变大;母体ZnTiO3薄膜显示出微弱的磁性,而掺杂样品在室温下都表现出明显的铁磁性,并且随着Co浓度增加,铁磁性逐渐增强,这与样品中磁性离子诱导的束缚磁极化子有关。依据Adachi介电函数模型,对样品的室温椭圆偏振光谱进行处理,得到样品的光学常数,禁带宽度以及薄膜厚度。在532nm处,样品折射率n随着Co掺杂浓度的增加而变大;样品的光学禁带宽度EOBG与Co含量x满足EOBG=(4.37-2.66*x)的关系;随着Co含量增加,样品的平均振子强度E0和平均振子波长S0都减小,而电光参数E0/S0却变大。
另外,我们也在石英衬底上生长了Co掺杂ZnTiO3薄膜,XRD结果表明所有薄膜是六方晶相的ZnTiO3;样品的紫外-可见-近红外透射光谱显示,随着Co掺杂浓度的增加,样品的吸收边向低能端移动;根据Tauclaw得到样品的禁带宽度,其值随Co掺杂浓度的增加而逐渐减小;另外,我们还测量了样品的非线Z扫描谱,样品可能具有非线性光学效应。
二,通过溶胶凝胶法制备了Si衬底上的Fe掺杂的六方晶相ZnTiO3薄膜,XRD结果显示,晶面指数为(110)与(104)的衍射峰强度随掺杂浓度增加而增加;AFM结果显示,随着掺杂的增加,薄膜表面粗糙程度降低,晶粒尺寸变大;未掺杂的母体ZnTiO3薄膜几乎不显示铁磁性,掺杂的样品显示了明显的铁磁有序,而且随着Fe离子掺杂浓度的增加,样品的铁磁性逐渐变强;另外,我们对石英衬底上生长的Fe掺杂的ZnTiO3薄膜进行了初步研究,XRD结果表明所有薄膜显示ZnTiO3的六方晶相;对样品的紫外-可见-近红外光谱研究发现,随着Fe掺浓度杂的增加,薄膜的吸收边向低能端移动;根据Tauclaw得到样品的禁带宽度值是随Fe掺杂浓度的增加而逐渐减小,这与石英衬底上Co掺杂ZnTiO3薄膜的情况相似。根据Cauchy色散模型,我们对样品在400-800nm之间的透射光谱进行处理,得到了样品的折射率和消光系数。
三,以Te为助熔剂,生长出较大尺寸的CoTe2和Fe掺杂CoTe2单晶;XRD结果表明所有单晶均为正交结构,空间群为Pnmm。对名义组分的0.03Fe掺杂样品进行了电输运测量,其表现出类金属行为,利用Bloch-Grüneisen理论对电输运进行研究,结果表明导电性可能来源于带内的电子跃迁;该样品的磁化率-温度关系表明,其表现出顺磁行为,但在40k左右,该曲线出现一个弱的峰,说明样品有可能存在反铁磁态。