脈沖調(diào)制射頻等離子體化學(xué)氣相沉積TiO2三維結(jié)構(gòu)薄膜.pdf

1、TiO2經(jīng)過(guò)幾十年來(lái)的專(zhuān)家和學(xué)者的研究，使其成為材料應(yīng)用中金屬氧化物的一顆新星，由于其特殊的抗環(huán)境腐蝕能力、化學(xué)穩(wěn)定性好、生物相容性好、價(jià)廉易得等特點(diǎn)，在新能源、新材料、環(huán)境、醫(yī)藥等領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，如水解制氫、空氣與水凈化、光伏電能轉(zhuǎn)換等。
　　本文主要從脈沖調(diào)制技術(shù)入手，參考最年來(lái)的學(xué)者利用脈沖調(diào)制技術(shù)得到的新的等離子體放電特性，操控其優(yōu)勢(shì)特性來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體，從而借助化學(xué)氣相的干法刻蝕沉積原理來(lái)構(gòu)造具有三維空間的

2、TiO2薄膜，試驗(yàn)主旨是操控脈沖調(diào)制技術(shù)，變換各類(lèi)沉積參數(shù)，獲得各種形貌差異和光學(xué)特性差別的薄膜，并且TiO2薄膜形貌三維構(gòu)造明顯，調(diào)控的沉積參數(shù)主要有氣壓、基片溫度、上下電極距離、功率、以及脈沖調(diào)制占空比，摸索參數(shù)上的差別，對(duì)比種種形貌差異和性能優(yōu)劣。
　　首先，利用工業(yè)化設(shè)計(jì)的沉積系統(tǒng)，成功產(chǎn)生了穩(wěn)定性好、放電強(qiáng)度高、大尺度均勻脈沖調(diào)制射頻輝光放電等離子體。
　　其次，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量Ar/O2/TiCl4放電體系的電流-電

3、壓（I-V）關(guān)系曲線(xiàn)和發(fā)射光譜，研究了脈沖調(diào)制射頻等離子體在不同功率、氣壓、占空比、以及O2和TiCl4流量下的放電特性。試驗(yàn)主要嘗試了Ar/O2/TiCl4放電體系輔助以操控脈沖調(diào)制技術(shù)，獲得放電體系穩(wěn)定性好，放電強(qiáng)度高，射頻放電特性幾乎沒(méi)有改變，其放電電流和電壓的曲線(xiàn)近似于正弦曲線(xiàn)，且放電電流相位領(lǐng)先于放電電壓，這是典型的輝光放電特性。比較了不同氣壓下電流電壓曲線(xiàn)峰峰值的差異峰值。同時(shí)，低氣壓下，放電功率的提升導(dǎo)致電流峰峰值提高，而

4、電壓峰峰值幾乎不變。恒定功率下，脈沖調(diào)制占空比的減小導(dǎo)致電流峰峰值的減小，而電壓峰峰值幾乎不變。研究了Ar以及O2典型的等離子體發(fā)射光譜中特征譜線(xiàn)Ar I763 nm，811 nm，912 nm及O I777 nm和O844 nm強(qiáng)度的變化，結(jié)果表明，較高的功率，優(yōu)化的O2和TiCl4流量比，有利于Ar和O原子高能激發(fā)態(tài)的生成，以及TiO2的化學(xué)氣相沉積和結(jié)晶。
　　最后，研究了基片溫度，電極間距，功率，氣壓以及脈沖調(diào)制占空比等制

5、備參數(shù)的變化對(duì)TiO2薄膜形貌以及結(jié)晶的影響，探討了不同形貌和性能的TiO2三維結(jié)構(gòu)薄膜的形成機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，脈沖調(diào)制技術(shù)減少射頻連續(xù)放電所帶來(lái)的熱積累效應(yīng)，適合制備大面積均勻的TiO2的薄膜。當(dāng)放電電極間距減小，薄膜結(jié)構(gòu)由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S片狀晶體結(jié)構(gòu)?；訜岷螅訌?qiáng)了薄膜粘附性能和結(jié)晶度。常壓下，射頻功率的提高，有效地改變了TiO2三維結(jié)構(gòu)薄膜形貌，增加了比表面積。常壓下的高功率有助于大尺寸的晶體生長(zhǎng)，但得到的晶體排列均勻性較