Self-formation of Fe/Fe-O nanoparticles in porous SiO2 films

Abstract

Self-formation of Fe/Fe-O particles in porous SiO2 films has been studied by investigating the structure and physical properties of hybrid samples SiO2:Fe/SiO2/Si. The sol-gel spin-on technique was used for the formation of Fe-doped silica films on silica-coated Si wafers. The sol was prepared from precursors composed of ethanol and/or aqueous solutions of tetraethoxysilanc (TEOS) and FeCl3. As-grown hybrid samples were annealed in Ar atmosphere. Structural studies by means of atomic force microscopy (AFM) have shown a different morphology of samples produced from precursors with various Fe-amount. Spectroscopic ellipsometry measurements were carried out for characterization of the contribution of Fe/Fe-O clusters to the optical response of hybrid samples. Magnetic properties of Fe-doped silica films were studied by measuring the magnetic field and temperature dependences of magnetization. Experimental data were interpreted taking into account particular features of Fe and Fe-O nanoparticles in silica matrix.

Išnagrinėtas Fe/Fe-O dalelių savaiminis susidarymas porėtosiose SiO2 plėvelėse, tiriant hibridinių SiO2:Fe/SiO2/Si darinių sandarą ir fizikines savybes. Fe priemaišintos Si oksido plėvelės buvo suformuotos centrifūgoje ant SiO2 sluoksniu padengtų Si plokštelių, panaudojant zolio-gelio metodiką. Zolis buvo paruoštas iš etanolo ir / arba vandeninių tetraetoksisilano ir FeCl3 tirpalų. Suformuoti hibridiniai dariniai buvo atkaitinti Ar atmosferoje. Sandaros tyrimai atominės jėgos mikroskopu parodė, kad bandinių su įvairiu Fe kiekiu morfologija yra skirtinga. Spektroskopinė elipsometrija atlikta, siekiant apibūdinti Fe/Fe-O klasterių indėlį į hibridinių darinių optinį atsaką. Fe priemaišintų SiO2 plėvelių magnetinės savybės buvo tiriamos, matuojant magnetinio momento priklausomybes nuo magnetinio lauko ir temperatūros. Eksperimentiniai rezultatai aiškinami, atsižvelgiant į Fe ir Fe oksidų nanodalelių ypatumus silicio oksido matricoje.