鋁酸鎂和鋁酸鑭襯底TiO2外延薄膜的制備與性質(zhì)研究.pdf

1、近年來，透明電子學(xué)和透明氧化物光電子學(xué)迅速發(fā)展，引起了人們的廣泛關(guān)注，這使得寬帶隙氧化物半導(dǎo)體材料越來越受歡迎。作為寬帶隙氧化物半導(dǎo)體材料，TiO2具有許多良好的性質(zhì)，例如高介電常數(shù)、大折射率、光化學(xué)活性活潑和穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，因此被廣泛用于平板顯示器、光催化、透明導(dǎo)電氧化物(TCO)、場效應(yīng)晶體管和太陽能電池等許多領(lǐng)域。本論文采用MOCVD方法分別在鋁酸鎂(MgAl2O4)和鋁酸鑭(LaAlO3)襯底上生長出氧化鈦(TiO2)外延薄

2、膜，并對其結(jié)構(gòu)和光學(xué)等性質(zhì)做了詳細(xì)的研究。
　　實(shí)驗(yàn)中采用高純Ti(N(CH3)2)4作為Ti有機(jī)源，高純O2作為氧化劑，將超高純N2作為載氣，有機(jī)源摩爾流量為4.03×10-7 mol/min，襯底溫度分別為500℃、550℃、600℃和650℃。在MgAl2O4和LaAlO3襯底上成功制備出TiO2外延單晶薄膜，主要研究工作和結(jié)果如下:
　　1、MgAl2O4(100)襯底上TiO2薄膜的制備與研究:
　　結(jié)構(gòu)分析

3、表明，所制備的氧化鈦薄膜具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)。在600℃襯底溫度制備的TiO2薄膜具有最好的單晶質(zhì)量，并且沒有孿晶存在。薄膜與襯底的面外和面內(nèi)外延關(guān)系分別為a-TiO2(004)‖ MgAl2O4(100)和TiO2[100]‖ MgAl2O4[100]。XPS成分分析結(jié)果表明，600℃下制備的薄膜具有TiO2良好化學(xué)計(jì)量比，Ti和O的原子比約為2.0。所有TiO2薄膜在可見光范圍內(nèi)的平均透過率都超過了91％，薄膜的光學(xué)帶隙范圍從3.31eV

4、到3.41eV。
　　2、MgAl2O4(111)襯底上TiO2薄膜的制備與研究:
　　樣品的結(jié)構(gòu)分析表明，制備薄膜為具有(004)取向的四方銳鈦礦結(jié)構(gòu)TiO2，薄膜與襯底的外延關(guān)系為a-TiO2(004)‖ MgAl2O4(111)。在600℃襯底溫度制備的薄膜材料是具有最佳結(jié)晶質(zhì)量的單晶外延薄膜?？鄢艘r底的影響后所有薄膜在可見光范圍內(nèi)的平均透過率超過90％。實(shí)驗(yàn)中對TiO2薄膜的形態(tài)和組分也作了詳細(xì)研究。
　　3

5、、LaAlO3(001)襯底上TiO2薄膜的制備與研究:
　　所制備的薄膜為銳鈦礦相TiO2。樣品的結(jié)構(gòu)研究表明，同樣是在600℃襯底溫度時(shí)制備的TiO2薄膜具有最佳的單晶質(zhì)量并且沒有孿晶結(jié)構(gòu)存在。所生長薄膜的面外和面內(nèi)的外延關(guān)系分別是a-TiO2(004)‖LaAlO3(001)和TiO2[100]‖LaAlO3[100]。薄膜的光學(xué)帶隙范圍從3.30到3.37eV。對TiO2薄膜的表面形貌、組成成分和外延生長機(jī)理進(jìn)行了詳盡的研