[發明專利]一種釩摻雜氧化鈦納米稀磁半導體及其制備方法

無效

• 申請號: 200710168900.7
• 申請日: 2007-12-14
• 公開（公告）號: CN101188157A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發明（設計）人: 袁松柳;田召明;王永強;何驚華
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01F1/40
• 分類號: H01F1/40;H01F41/00;C01G23/053;B22F9/16
• 代理公司: 北京市德權律師事務所
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明屬于新型半導體自旋電子學材料領域，具體涉及一種過渡金屬摻雜氧化鈦納米稀磁半導體及制備方法。

技術背景

信息技術的發展離不開先進的電子、光電子和磁存儲器件。傳統的半導體器件利用了電子的電荷屬性，磁存儲器件利用了電子的自旋屬性，開發同時利用電子的電荷和自旋屬性的自旋電子器件已開始成為該領域的研究熱點。稀磁半導體能同時利用電子的電荷和自旋屬性，具備優異的磁、磁光和磁電性能，可用于研制新一代的自旋電子和納米電子器件，拓展了微電子領域的發展空間，為微電子器件的微型化和多功能化提供了方案。因此，氧化物稀磁半導體具有十分重要的研究價值和廣闊的應用前景。

從應用的角度看，制備居里溫度高于室溫的稀磁半導體材料是非常必要的。目前，對II-VI族以及III-V族化合物半導體的稀磁半導體研究比較廣泛，如(Zn，Mn)Se和(Ga，Mn)As等，但是這些材料的居里溫度多低于150K，限制了它們的實際應用。自Matsumoto等在《Science》(2001年第29期，P854-857)首次報道，在鈷摻雜的TiO₂薄膜中觀察到室溫鐵磁性以來，陸續在過渡金屬摻雜的氧化物半導體中發現了高于室溫的鐵磁性半導體，從而引起了人們對氧化物稀磁半導體廣泛的研究興趣。其中，對釩摻雜的TiO₂稀磁半導體薄膜國際上已有報道，但對其塊材、粉體和納米結構材料至今未見報道，這一材料的研究對開發新型的磁性納米材料是非常重要的，本發明主要對納米粉體進行了制備。

發明內容

針對現有釩摻雜氧化鈦納米稀磁半導沒有粉體的問題，提供了一種釩摻雜氧化鈦納米稀磁半導體及其制備方法，由該方法制得的釩摻雜氧化鈦納米稀磁半導體為粉狀，并可以表現出室溫鐵磁性。

一種釩摻雜氧化鈦納米稀磁半導體的制備方法，包括以下步驟：

A.室溫下，采用分析純的偏釩酸氨和鈦酸四丁脂作為Ti和V的離子源；將偏釩酸氨放入燒杯中，加入冰醋酸和無水乙醇中，在超聲波分散下溶解，同時用無水乙醇不斷洗滌燒杯，配置成釩離子的前驅體溶液，置于容量瓶中，加入無水乙醇調節該溶液濃度到0.05-0.1mol/L；將鈦酸四丁脂溶于無水乙醇中，配置成鈦離子的前驅體溶液，置于容量瓶中；

B.用刻度吸管取鈦離子的前驅體溶液置于燒杯中，然后再用刻度吸管取釩離子的前驅體溶液，按化學計量比，快速滴入到鈦離子的前驅體溶液中，同時不斷攪拌，其中釩和鈦離子摩爾比在1∶99～12∶88之間；在此過程中，加入無水乙醇調節混合溶液濃度為0.2～0.5mol/L，加入冰醋酸調節混合溶液pH＝4～5，加入去離子水，形成溶膠；

C.將溶膠在室溫下陳化12～24小時，形成濕凝膠，在烘箱中120℃～180℃干燥，直至形成干凝膠；

D.將干凝膠研磨，得到干凝膠粉，在空氣中400℃～500℃熱處理，排除有機物；

E.在惰性氣氛中退火，退火時間為8～12小時，退火溫度為500℃～850℃，制成釩摻雜氧化鈦稀磁半導體納米粉。

優選地，所述惰性氣氛為氬氣氣氛。

根據該方法制得的釩摻雜氧化鈦納米稀磁半導體為粉狀，并可以表現出室溫鐵磁性。

本發明的優點在于：制備方法操作簡單，周期短，設備低廉，易于推廣，為實現光催化和磁性質的調控提供了材料基礎。由該方法制備出的釩摻雜氧化鈦納米稀磁半導體為納米粉，顆粒均勻，具備室溫鐵磁性。

附圖說明

圖1為500℃氬氣氣氛退火處理后Ti_1-xV_xO₂(0.02≤x≤0.12)樣品的XRD圖譜；

圖2為不同退火溫度(Ts)處理下Ti_0.96V_0.04O₂樣品的XRD圖譜，Ts＝500℃，600℃，700℃，850℃；

圖3為500℃氬氣退火處理后Ti_0.92V_0.08O₂樣品的場發射掃描電鏡(SEM)圖譜；

圖4為500℃氬氣氣氛退火處理后Ti_1-xV_xO₂(x＝0.02，0.04，0.08)樣品室溫下的磁滯回線行為；

圖5為空氣中熱處理和氬氣氣氛不同退火溫度(Ts)處理后Ti_0.96V_0.04O₂樣品室溫下的磁滯回線行為。

具體實施方式

實施例1