Nb摻雜TiO2陶瓷靶的制備及其薄膜特性研究和應用.pdf

1、TiO2薄膜是重要的半導體和光學材料,而目前鮮有TiO2陶瓷靶應用于直流濺射法制備TiO2薄膜。本文中,純TiO2和2.5wt％Nb摻雜TiO2陶瓷將采用真空燒結(jié)在溫度1200℃-1400℃制備而成。分別采用X射線衍射儀(XRD),掃描電子顯微鏡(SEM)和四探針測試儀測試表征純/Nb摻雜TiO2陶瓷的結(jié)構(gòu)和導電特性。燒結(jié)溫度1200℃下的純/Nb摻雜TiO2陶瓷都顯示出典型的金紅石結(jié)構(gòu);而隨溫度的升高,陶瓷的脫氧加深,純/Nb摻雜Ti

2、O2陶瓷分別在1350℃和1400℃后明顯出現(xiàn)TiO、Ti2O3和Ti8O15等相。同燒結(jié)溫度下,Nb摻雜TiO2陶瓷中金紅石含量高于純TiO2。溫度從1200℃升至1400℃,純/Nb摻雜TiO2陶瓷表面顆粒尺寸逐漸增大,粗糙度和孔隙率則逐漸降低。四探針測試分析說明,燒結(jié)溫度1200℃變化至1300℃,純/Nb摻雜TiO2陶瓷電阻率分別從1.9kΩ.cm和192Ω.cm驟降至0.94Ω.cm和2.49×10-3Ω.cm;1300℃以上

3、繼續(xù)升高溫度,純/Nb摻雜TiO2陶瓷電阻率呈明顯增加的趨勢。1300℃燒結(jié)的Nb摻雜TiO2陶瓷所具有2.49×10-3Ω.cm的電阻率以滿足直流濺射對靶材導電性的要求。
　　以1300℃燒結(jié)的Nb摻雜TiO2陶瓷作為直流濺射靶材,在不同襯底溫度、濺射功率和工作氣壓下沉積Nb摻雜TiO2薄膜,采用XRD、SEM和紫外?可見分光光度計研究其結(jié)構(gòu)及光學特性表現(xiàn)。結(jié)構(gòu)分析表明,溫度升至250℃,Nb摻雜TiO2薄膜銳鈦礦晶體性增強;繼

4、續(xù)至350℃,則發(fā)生銳鈦礦→金紅石的相變。功率的升高有利于薄膜晶體性的改善,但過高的功率會破壞薄膜的晶體結(jié)構(gòu)。在0.8Pa內(nèi),薄膜的晶粒尺寸隨工作氣壓的提升而增加,0.8Pa以上,晶粒則隨氣壓升高而減小。光學分析顯示,銳鈦礦相的Nb摻雜TiO2薄膜光透過率明顯高于金紅石相,同時薄膜晶體性的改善也增加其對光的透過。薄膜禁帶寬計算結(jié)果表明,襯底溫度升至250℃時達到最大值3.78eV;升至350℃,隨著銳鈦礦相→金紅石相轉(zhuǎn)變,薄膜的禁帶寬又

5、下降至3.68eV。濺射功率的提升則增加薄膜的禁帶寬。禁帶寬隨氣壓的提升而先降低,在0.3Pa處獲得最小值3.69;再隨氣壓的升高而增加。
　　本文通過TFCalc軟件模擬設計,直流濺射得到Nb摻雜TiO2/SiO2多層膜,并分析其結(jié)構(gòu)、光學特性。結(jié)果說明,實際濺射的Nb摻雜TiO2/SiO2多層膜具有TFCalc軟件的模擬特性,而其強反射區(qū)和強反射區(qū)內(nèi)的反射率則略小于設計薄膜;通過增加/減少每層膜濺射時間則可以紅移/藍移和擴大/