Методами рентгенофазового анализа, атомно-силовой микроскопии и вторично-ионной спектрометрии исследовано фазообразование и перераспределение компонентов в пленочной системе Co-TiO 2 при маг-нетронном распылении металла на оксид и в ходе последующего вакуумного отжига. Установлена глубокая диффузия кобальта в оксид титана и образование сложных оксидов состава: CoTi 2 O5 и CoTiO 3 . Предложен механизм их формирования на границах зерен по всей толщине пленки TiO 2 , предполагающий реакционную диффузию кобальта по межзеренным границам оксида. Разработана количественная модель реакционной взаимодиффузии в двухслойных пленочных поликристаллических системах металл-оксид с ограниченной растворимостью компонентов. Определены значения индивидуальных коэффициентов диффузии кобальта и титана в диапазоне температур 923−1073 K. Легированные кобальтом объемные образцы анатаза и рутила, полученные в [9] золь-гель методом, были парамагнитными при комнатной температуре. Только дальнейший отжиг в среде Ar/H 2 приводит к их фер-ромагнитному поведению. Исследования показали, что при низких уровнях легирования < 4% после отжига происходит образование CoTiO 3 в качестве новой фазы. Оксид Co 3 O 4 был обнаружен в образцах анатаза с уров-нями легирования Co ≥ 4%. Наблюдаемые оксиды Co восстанавливаются в среде Ar/H 2 до металлического Co. Таким образом, ферромагнетизм при комнатной тем-пературе является следствием сегрегации металличе-ского Co. Магнитные свойства пленок оксида титана, модифицированных кобальтом, определяются уровнем легирования и характером распределения магнитных фаз по всей толщине пленки.В [10] предложена модель перераспределения в мо-нокристаллическом рутиле введенной методом ионной имплантации примеси кобальта в процессе последующе-го отжига. Модель учитывает распыление материала во время ионной имплантации, быструю одномерную диф-фузию примеси вдоль структурного канала в рутиле и преципитацию внедряемой примеси на разных глубинах.Приводимые в [10,11] значения коэффициентов диф-фузии Co в монокристаллическом рутиле значительно различаются. Если процессы фазообразования при ион-ной имплантации кобальта в монокристаллический ру-тил в ряде работ [7,8,12] обсуждаются, то представления о механизме диффузии кобальта в поликристаллическом рутиле, сопровождаемом фазообразованием, неразвиты.Целью настоящей работы является комплексное ис-следование механизма взаимодействия кобальта с тон-кими пленками оксида титана. Методика экспериментаПоликристаллические пленки оксида титана в струк-туре рутила получали путем магнетронного распыления 621
Методами рентгенофазового анализа, вторично-ионной масс-спектрометрии, атомно-силовой микроскопии и математического моделирования исследовано взаимодействие магнетронным способом распыленного металлического железа с пленками оксида титана в процессе изотермического вакуумного отжига. Пред-ложен механизм формирования сложных оксидов на границах зерен, основанный на реакционной диффузии металла Fe в оксид титана. Разработана количественная модель реакционной взаимодиффузии в двухслойных поликристаллических пленочных системах металл−оксид с ограниченной растворимостью компонентов. Численным анализом экспериментальных концентрационных распределений металлов в пленочной системе Fe−TiO 2 определены значения индивидуальных коэффициентов диффузии: железа 8.0 · 10 −13 см 2 /с и титана 3.0 · 10 −15 см 2 /с в условиях вакуумного отжига при 1073 K.
Using X-ray phase analysis, scanning electron microscopy atomic force and magnetic force microscopy, and IR spectroscopy the properties of polycrystalline TiO2 films modified by cobalt during magnetron sputtering and subsequent pulsed photon processing in air have been investigated. It has been found that in the course of the modification, a nanocrystalline (with a grain size of ~ 50 nm) film consisting of cobalt and titanium oxides is formed. Their surface exhibits magnetic properties. In the IR reflection spectra obtained at different incident angle of beam, two of the transverse optical (TO) phonons and their corresponding longitudinal (LO) phonons above 500–600 cm–1 were observed, which identify the formation of Co3O4 in the spinel structure. The study of optical absorption indicates the predominant existence in the films of phases with direct optical transitions. The optical band gap value was 1.43 and 1. 83 eV for Co3O4 and 2.65 eV for the cubic phase of CoO.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.