Co-TiO₂納米復(fù)合薄膜作為一種新型自旋電子材料,由于具有良好的生物相容性,近年來受到廣泛關(guān)注。但在制備過程中,磁性金屬Co處于氧化氣氛,容易部分氧化,從而影響薄膜的隧道磁電阻性能。為了抑制磁性金屬的氧化,提高金屬態(tài)含量,本研究通過強(qiáng)磁靶共濺射法制備了Co-TiO₂納米復(fù)合薄膜。該方法采用的強(qiáng)磁靶頭,磁場強(qiáng)度高、分布均勻,可以提高濺射粒子的能量和濺射速率,降低因高能粒子碰撞而發(fā)生氧化的概率。因此強(qiáng)磁靶共濺射法能明顯抑制金屬Co的氧化,提高納米復(fù)合薄膜的自旋極化率。所制備的Co-TiO₂納米復(fù)合薄膜主要由非晶態(tài)的TiO₂基體和分散其中的Co顆粒組成。通過調(diào)節(jié)金屬Co顆粒尺寸和分布狀態(tài),在電學(xué)上實(shí)現(xiàn)了金屬態(tài)向絕緣態(tài)轉(zhuǎn)變,在磁學(xué)上實(shí)現(xiàn)了鐵磁性向超順磁性轉(zhuǎn)變。Co含量為51.3at%時(shí),Co-TiO₂納米復(fù)合薄膜表現(xiàn)為高金屬態(tài)和高電阻率,并且實(shí)現(xiàn)了高達(dá)8.25%的室溫隧道磁電阻。強(qiáng)磁靶共濺射法使Co-TiO₂納米復(fù)合薄膜的室溫磁電阻性能得到了進(jìn)一步提高,這對于磁... 

【文章來源】：無機(jī)材料學(xué)報(bào). 2020,35(11)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

不同Co含量的Co-Ti O2薄膜XRD圖譜

圖2是金屬含量71.3at%時(shí)的透射電鏡照片。從圖2(a)中可以看出,薄膜中金屬主要以顆粒為主,并且存在局部團(tuán)簇。從圖2(b)中的高分辨透射電鏡照片中可以看出,薄膜中出現(xiàn)了與鈷hcp結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的(100)、(002)、(101)晶格條紋,這與XRD中的結(jié)果一致。圖中晶格條紋周圍存在一些非晶態(tài)結(jié)構(gòu),這表明薄膜主要由非晶態(tài)的Ti O2和hcp結(jié)構(gòu)的金屬Co顆粒組成。在之前的工作中[18],使用非強(qiáng)磁靶濺射的方法制備了Ba Ti O3-Co復(fù)合薄膜,在TEM中可以觀察到明顯的Co O晶格條紋。對比之下,強(qiáng)磁靶共濺射法制備的薄膜沒有觀察到明顯的Co O晶格條紋,說明強(qiáng)磁靶共濺射法有助于提高金屬態(tài)含量。圖2(b)中存在大量的金屬態(tài)Co顆粒。通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),Co顆粒尺寸為5～9 nm,Co顆粒之間的距離為1～2 nm。通過改變薄膜中Co金屬顆粒的尺寸和分布狀況,有望實(shí)現(xiàn)薄膜磁性的調(diào)控,從而在Co-Ti O2納米復(fù)合薄膜中實(shí)現(xiàn)室溫隧道磁電阻性能。Co含量相對較高時(shí),一部分Co顆粒以團(tuán)簇形式存在,形成了局部導(dǎo)電通路,會(huì)降低薄膜的磁電阻特性;Co含量相對較低時(shí),Co顆粒間形成了Ti O2勢壘層,提高了電子隧穿的概率,有利于納米復(fù)合薄膜的室溫磁電阻性能的提高。2.2 組成成分

通過XPS對薄膜中元素價(jià)態(tài)進(jìn)行分析。圖3(a)為Co含量為51.3at%時(shí),薄膜Ti元素的XPS圖譜。圖3(a)中463.7和458.0 e V兩個(gè)電子峰對應(yīng)Ti4+的Ti2p1/2和Ti2p3/2[19],這表明薄膜中Ti元素主要以二氧化鈦的形式存在。圖3(b)為Co含量為51.3at%時(shí),薄膜Co元素的XPS圖譜。其中796.0和780.1 e V對應(yīng)Co2+的Co2p1/2和Co2p3/2[20],而792.3和777.3 e V兩個(gè)電子峰位分別對應(yīng)金屬Co的Co2p1/2和Co2p3/2[21]。通過面積對比發(fā)現(xiàn),薄膜中大部分Co元素主要以金屬顆粒的形式存在,同時(shí)Co存在少量氧化,但比例很小,因此無法在高分辨透射電子顯微鏡中觀察到。從圖3(c,d)中發(fā)現(xiàn),隨著Co含量的增加,薄膜中Ti元素和Co元素的價(jià)態(tài)變化并不明顯。這說明隨著Co含量的變化,薄膜中Co仍然保持較高的金屬態(tài)。為進(jìn)一步探究強(qiáng)磁靶共濺射法對金屬氧化程度的影響,對比了反應(yīng)濺射法[15]和交替濺射法[16]的XPS數(shù)據(jù)。在Co元素的XPS數(shù)據(jù)中,強(qiáng)磁靶共濺射制備薄膜的Co2+含量明顯更低,這進(jìn)一步說明強(qiáng)磁靶共濺射可以抑制金屬氧化。薄膜中Co可以保持較高的金屬態(tài)程度,這是由于強(qiáng)磁靶增加了Co顆粒的濺射能量和提高了濺射速率。同時(shí)選擇Co和Ti O2雙靶分離的濺射方式,減少了濺射中顆粒的相互干擾,進(jìn)一步降低了因高能粒子碰撞而發(fā)生氧化的可能性。因此隨著Co含量的改變,金屬Co始終保持較高的金屬態(tài)程度,這對于改善材料磁學(xué)和磁電阻性能有十分重要的意義。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]原位合成TiO2納米管陣列及其光催化性能研究[J]. 崔云濤,王金淑,李洪義,王珍珍.  無機(jī)材料學(xué)報(bào). 2008(06)
[2](Ni0.81Fe0.19)0.66Cr0.34/Ni0.81Fe0.19薄膜的各向異性磁電阻效應(yīng)及尺寸效應(yīng)[J]. 彭子龍,李佐宜,胡強(qiáng),楊曉非.  無機(jī)材料學(xué)報(bào). 2002(02)



本文編號(hào)：3568570