氧气分压和热处理温度对制备玻璃基二氧化钛薄膜的表面形貌和光学性能的影响.pdfVIP

第33 卷 第3 期 稀有金属材料与工程 Vol.33, No.3 2004 年 3 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING March 2004 氧气分压和热处理温度对制备玻璃基二氧化钛 薄膜的表面形貌和光学性能的影响 赵青南，李春领，赵修建 （武汉理工大学，湖北武汉 430070 ） 摘 要 ：用直流反应磁控溅射法制备了玻璃基 TiO2 薄膜。溅射过程中，Ar 气的分压保持在 0 .85Pa 不变， 而 O2 的分压在 0 . 10Pa~0 .65Pa 之间变化；镀膜试样在 400 ℃～550 ℃之间进行热处理。用扫描电镜 (SEM) 、透射电镜(TEM)和紫外- 可见光谱仪研究了薄膜的表面形貌、薄膜沉积速率和光学带隙宽度。结果 表明，随着氧气分压从 0.10Pa 增加到 0.65Pa ，薄膜沉积速率从 4.4nm/min 下降到 2.2nm/min ，光学带隙从 3.67eV 下降到 3.59eV ，薄膜表面呈现出均匀的纳米晶粒和纳米孔；550 ℃热处理有助于较致密薄膜形成纳 米晶粒和纳米孔，并降低带隙宽度。 关键词：玻璃基TiO 薄膜；纳米晶粒和纳米孔；氧气分压；磁控溅射；热处理 x 中图法分类号 :O 647 文献标识码 :A 文章编号 :1002- 185X(2004 )03 -0309-04 二氧化钛薄膜在紫外光的照射下，具有高亲 反应气体： O2 （纯度≥99 .95%, 压强从 [1,2] 水性和降解有机污染物的能力 。近年来人们 0.10Pa~0 .65Pa） 对它的研究越来越多，应用前景非常广泛。影响 基片：载玻片， 尺寸为：25mm ×50mm TiO2 薄膜光催化性能的因素有很多，如禁带宽 溅射时间：2 h [3] [4 ] 度 、薄膜的比表面积和薄膜的晶形结构 等。 溅射电流：0.6A 锐钛矿 TiO2 薄膜的禁带宽度越小，利用太阳光 靶材与基片间的距离：10cm 的催化效率越高；比表面积越大，对有机物污染 用普通气体流量计控制氧气与氩气的流量， 物的吸附能力越强，光催化降解的能力越强。用 以此控制各气体分压。在每一次开始溅射镀膜 反应磁控溅射方法沉积二氧化钛薄膜时，反应气 前，先在纯 Ar 气的气氛下清洗靶材。当阴极电压 体（氧气）分压对薄膜的表面形貌有较大的影响, 下降到 400V （本实验当中）以下时，同时辉光的 很多研究者认为，氧气分压低且基片不在线加热 颜色从紫红变为兰色以后 ，就可以认为靶材已经 [5 ,6] 时沉积的薄膜比较致密 , 比表面积较小，只 清洗干净。由于靶材在氧气氛下易被氧化，出现 有基片在线加热才能沉积出多孔的纳米晶粒 所谓的“靶中毒”现象，影响薄膜沉积速率。在 [6,7] 。本实验用直流反应磁控溅射法制备了 TiO2 连续溅射沉积 10 min 后，用氩气溅射清洗靶材 薄膜，研究反应气体中氧分压对薄膜沉积速率、 1.5 min，再用氧、氩混合气体溅射沉积薄膜。试 光学性能和薄膜