稀磁半导体因其在自旋电子学器件上的巨大的潜在的应用价值而引起广大研究者的关注。尽管已经制备出了具有室温铁磁性的物质，理论研究的进展也很快，但仍有一些关键问题尚待解决，比如磁性来源问题。此外，由于样品的微观结构影响样品的铁磁交换机制，用不同的制备方法得到不同的结果，实验的重复性较低。对稀磁半导体的研究，一方面有益于未来的半导体自旋电子器件的开发；另一方面有利于探讨稀磁半导体磁性起因以及磁相互作用的微观机理。TiO2有三种晶型：板钛矿(brookite)，锐钛矿(anatase)和金红石(rutile)。由于晶体结构的不同，它们的物理化学性质不同，其应用领域也不相同。因此，理解相变机制，掌握影响晶型稳定性的因素对TiO2的应用是非常重要的。基于此研究背景，本文选择TiO2作为研究对象，用溶胶—凝胶法制备了Mn掺杂TiO2的薄膜。本文系统地研究了Mn掺杂和热处理条件对TiO2相结构和磁学性质的影响。主要包括以下几个部分： 一、Mn掺杂对TiO2薄膜的相结构和磁性的影响用溶胶—凝胶法的匀胶技术制备了一系列Ti1-xMnxO2(0≤ x≤ 0.08)薄膜样品，在空气中对薄膜进行热处理。X射线衍射(XRD)和拉曼(Raman)对样品的相结构分析显示：对某一固定的掺杂浓度，anatase—rutile相变率对煅烧温度的曲线形状为S形，从anatase到rutile的相变的机理为成核生长。随着Mn的掺杂浓度增大，A—R发生相变的温度降低。根据Arrenhius方程近似得到的A—R相变活化能随Mn掺杂浓度的增大而降低。Mn掺入TiO2，为rutile形成提供更多的相转变潜在的成核中心，降低了由anatase相向rutile相转变的能量势垒。在A—R相变过程中，当Ti1-xMnxO2中失去氧，或者Mn的掺杂浓度超过了rutile相的固溶度极限时，会有MnTiO3析出样品表面。SQUID的磁性测量结果显示，在600和700℃煅烧的Ti0.98Mn0.0202薄膜具有室温铁磁性，饱和磁化强度分别为4.68 emu/cm3(0.7 μB/Mn)和6.14 emu/cm3。通过XRD和Raman测量发现，在600℃煅烧的薄膜具有单一的anatase相，700℃煅烧的薄膜具有anatase/rutile的混合相，rutile相占的质量百分比为33％。假设Mn是均匀分布于样品中，我们得到单一的rutile相样品的饱和磁化强度为9.41emu/cm3，即1.1μB/Mn。从上面的实验结果可以看出，rutile相的饱和磁化强度高于anatase相，这可能与相变过程中的氧空位和结构缺陷有关。 二、热处理氛围对Ti1-xMnxO2薄膜磁性的影响。用溶胶—凝胶法的匀胶技术制备了一系列Ti1-xMnxO2(0≤x≤0.06)薄膜样品，在空气和真空中对薄膜在500℃进行热处理。XRD和Raman结果显示，两种氛围烧结的薄膜均为单一的anatase相，并且在空气中烧结的薄膜结晶状态比真空中好。随着Mn掺杂浓度的增加，c轴晶格常数减小，Raman的B1g的频谱发生红移，说明Mn4+(0.060 nm)替代Ti4+(0.068 nm)进入TiO2晶格。XPS测量结果显示：空气和真空中烧结的薄膜存在表面吸附氧。真空中烧结的样品，Ti和O的电子结合能都向高能态偏移，吸附氧(Oa)和晶格氧(O1)的峰面积比大，这说明真空中烧结的样品存在更多的氧空位或结构缺陷。SQUID磁性测量的结果显示，空气和真空中烧结的Ti1-xMnxO2(0＜x≤ 0.06)薄膜均表现为室温铁磁性，真空中烧结的样品的磁性明显高于空气中烧结的样品。真空中烧结的样品饱和磁化强度为(0.23-0.37)μB/Mn，而在空气中烧结的样品饱和磁化强度不高于0.1μB/Mn。对于在真空中烧结的样品，随着Mn的掺杂量的增加，饱和磁化强度增加。ZFC—FC的测量结果为典型的稀磁半导体的曲线，排除有纳米团簇和其它杂相的存在。根据束缚磁极子(BMP)模型，氧空位或结构缺陷增多，有利于Mn离子之间通过氧空位或结构缺陷发生铁磁交换作用，因此，真空烧结引起薄膜的磁性增强。