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Influence of transition metal doping on the structural optical and magnetic properties of TiO2 films deposited on Si substrates by a sol–gel process

机译：过渡金属掺杂对通过溶胶-凝胶法沉积在Si衬底上的TiO2膜的结构光学和磁性的影响

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Transition metal (TM)-doped TiO2 films (TM = Co, Ni, and Fe) were deposited on Si(100) substrates by a sol–gel method. With the same dopant content, Co dopants catalyze the anatase-to-rutile transformation (ART) more obviously than Ni and Fe doping. This is attributed to the different strain energy induced by the different dopants. The optical properties of TM-doped TiO2 films were studied with spectroscopic ellipsometry data. With increasing dopant content, the optical band gap (EOBG) shifts to lower energy. With the same dopant content, the EOBG of Co-doped TiO2 film is the smallest and that of Fe-doped TiO2 film is the largest. The results are related to electric disorder due to the ART. Ferromagnetic behaviors were clearly observed for TM-doped TiO2 films except the undoped TiO2 film which is weakly magnetic. Additionally, it is found that the magnetizations of the TM-doped TiO2 films decrease with increasing dopant content.
机译：掺杂过渡金属（TM）的TiO2薄膜（TM = Co，Ni和Fe）通过溶胶-凝胶法沉积在Si（100）衬底上。在相同的掺杂剂含量下，Co掺杂剂比Ni和Fe掺杂更明显地催化了锐钛矿-金红石相变（ART）。这归因于由不同掺杂剂引起的不同应变能。用椭圆偏振光谱数据研究了掺TM的TiO2薄膜的光学性能。随着掺杂剂含量的增加，光学带隙（EOBG）转移到较低的能量。在掺杂剂含量相同的情况下，Co掺杂的TiO2薄膜的EOBG最小，Fe掺杂的TiO2薄膜的EOBG最大。结果与由于ART引起的电障碍有关。除未掺杂的TiO2膜弱磁性外，对TM掺杂的TiO2膜均清楚地观察到铁磁行为。另外，发现TM掺杂的TiO 2膜的磁化强度随掺杂剂含量的增加而降低。

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