多晶二氧化鈦薄膜的制備、結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì).pdf

1、TiO<,2>薄膜具有大的折射率和介電常數(shù)、在可見(jiàn)光和紅外波段有具良好的透過(guò)率以及良好的耐磨性和熱穩(wěn)定性，因而被廣泛應(yīng)用于光學(xué)薄膜、微電子器件和保護(hù)涂層。本論文采用對(duì)向靶直流反應(yīng)磁控濺射法制備了多晶TiO<,2>薄膜，系統(tǒng)研究了退火處理和金屬離子摻雜對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌和光學(xué)性質(zhì)的影響。 通過(guò)對(duì)制各態(tài)多晶TiO<,2>薄膜的研究，發(fā)現(xiàn)隨著濺射氣壓的降低，多晶TiO<,2>薄膜從銳鈦礦相轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦和金紅石兩相共存結(jié)構(gòu)，薄膜中金

2、紅石含量的增加抑制了銳鈦礦相晶粒的生長(zhǎng)。由于濺射粒子能量和遷移率的降低，薄膜的表面粗糙度隨著濺射氣壓的升高而增加。用Hermite插值計(jì)算了透射光譜的包絡(luò)線，并根據(jù)Swanepoel的“包絡(luò)線法”計(jì)算了薄膜的折射率。在波長(zhǎng)為550nm時(shí)，多晶TiO<,2>薄膜的折射率在2.320-2.42之間。在波長(zhǎng)接近350nm時(shí)，多晶TiO<,2>薄膜對(duì)入射光強(qiáng)烈吸收，并且吸收邊隨著濺射氣壓的升高逐漸藍(lán)移。金紅石相含量的增加造成了多晶TiO<,2>

3、薄膜結(jié)構(gòu)的無(wú)序，使光學(xué)帶隙值從～3.35 eV降低到～3.29 eV。 通過(guò)研究退火處理對(duì)多晶TiO<,2>薄膜結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)退火處理促進(jìn)了薄膜中銳鈦礦相和金紅石相的結(jié)晶化。銳鈦礦和金紅石兩相共存的多晶TiO<,2>薄膜經(jīng)退火處理后銳鈦礦晶粒尺寸明顯長(zhǎng)大，進(jìn)一步說(shuō)明在制備態(tài)的多晶TiO<,2>薄膜中金紅石相的存在抑制了銳鈦礦相的結(jié)晶生長(zhǎng)。退火處理使薄膜的表面粗糙度降低、致密度增加、折射率增大。退火處理的多晶TiO<,

4、2>薄膜的光學(xué)帶隙值比制備態(tài)略有增大，但是銳鈦礦和金紅石兩相共存結(jié)構(gòu)的多晶TiO<,2>薄膜的光學(xué)帶隙值仍然相對(duì)較小。 在銳鈦礦結(jié)構(gòu)的多晶TiO<,2>薄膜和銳鈦礦金紅石兩相共存的多晶TiO<,2>薄膜中分別摻入了不同含量的Fe元素，分析表明Fe的摻入并沒(méi)有改變Ti原子的化學(xué)態(tài)，薄膜為Fe<,2>O<,3>和TiO<,2>的混合體。Fe的摻入促進(jìn)了薄膜中銳鈦礦相向金紅石相的轉(zhuǎn)變，降低了薄膜的表面粗糙度，增加了薄膜對(duì)可見(jiàn)光的吸收。