多晶二氧化鈦薄膜的制備、結構和光學性質.pdf

1、TiO<,2>薄膜具有大的折射率和介電常數(shù)、在可見光和紅外波段有具良好的透過率以及良好的耐磨性和熱穩(wěn)定性，因而被廣泛應用于光學薄膜、微電子器件和保護涂層。本論文采用對向靶直流反應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其微觀結構、表面形貌和光學性質的影響。 通過對制各態(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>薄膜從銳鈦礦相轉變?yōu)殇J鈦礦和金紅石兩相共存結構，薄膜中金

2、紅石含量的增加抑制了銳鈦礦相晶粒的生長。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插值計算了透射光譜的包絡線，并根據(jù)Swanepoel的“包絡線法”計算了薄膜的折射率。在波長為550nm時，多晶TiO<,2>薄膜的折射率在2.320-2.42之間。在波長接近350nm時，多晶TiO<,2>薄膜對入射光強烈吸收，并且吸收邊隨著濺射氣壓的升高逐漸藍移。金紅石相含量的增加造成了多晶TiO<,2>

3、薄膜結構的無序，使光學帶隙值從～3.35 eV降低到～3.29 eV。 通過研究退火處理對多晶TiO<,2>薄膜結構和光學性質的影響，發(fā)現(xiàn)退火處理促進了薄膜中銳鈦礦相和金紅石相的結晶化。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大，進一步說明在制備態(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晶生長。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構的多晶TiO<,2>薄膜的光學帶隙值仍然相對較小。 在銳鈦礦結構的多晶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的摻入并沒有改變Ti原子的化學態(tài)，薄膜為Fe<,2>O<,3>和TiO<,2>的混合體。Fe的摻入促進了薄膜中銳鈦礦相向金紅石相的轉變，降低了薄膜的表面粗糙度，增加了薄膜對可見光的吸收。