不同衬底上溅射TiO2薄膜的光学性能研究.pdfVIP

叶 剑 等 ：不 同衬底上溅射 TiOz薄膜 的光学性能研究 不同衬底上溅射 TiO2薄膜的光学性能研究 叶 剑 ，曹春斌 (1．安徽农业大学 理学院，安徽 合肥 230036； 2．安徽大学 光电信息获取与控制教育部重点实验室，安徽 合肥 230039) 摘 要 ： 在硅 片和石英上利用射频溅射法沉积 了 较 ，讨论了影响其结构和光学性能的相关因素。 TiO 薄膜 ，并分别在空气中进行 了退火处理 。利用椭 2 实 验 偏光谱仪对硅片上薄膜进行 了椭偏测试，利用紫外一可 见分光光度计对石英上薄膜进行了透射光谱测试。利 用射频溅射法分别在石英和硅衬底上沉积 了 用解谱软件对椭偏谱和透射谱进行 了建模解谱 ，获得 TiO。薄膜。所有衬底在溅射之前用丙酮和去离子水 了不同基片上薄膜在不同退火温度下的折射指数和消 超声清洗 15min。靶基距 60mm，本底真空 8×1O 光系数 ，发现和 TiO。块材 的光学常数也有 明显的区 Pa，Ar气作为工作气体 ，溅射气压为 1Pa，溅射功率为 别。通过计算得到 了系列薄膜 的光学带隙，带隙值范 60W。制备的薄膜分别在200、400、600、800和 1000℃ 围从 3．35～3．88eV，可以为薄膜态TiO2体 系的光学 的温度下空气 中退火 1h。 应用 、设计和相关理论研究提供一定的依据 。 用 ShimadzuUV一265型紫外一可见分光光度计测 关键词： 射频磁控溅射 ；TiO 薄膜 ；椭 圆偏振技术 ； 量 了沉积在石英衬底上的TiO。薄膜透射率 ，测量光谱 光学性能 范围为 300～900nm。采用 RAP—I型入射角和波长 中图分类号： O484 文献标识码 ：A 可变的反射式全 自动椭 圆偏振光谱仪口]测量 了沉积 文章编号 ：1001-9731(2012)11—1443—04 在硅片上 TiO 薄膜的椭偏参数 P 和 De1t，测量条件 ： 光子能量范 围为 1．5～4．5eV，能量扫描 间隔为0．1 1 引 言 eV，入射角为 65。，入射角准确度优于0．01。。 锐钛矿和金红石相 Tio 是一种重要 的光 电材料 ， 3 结果与讨论 可 以应用于光催化、气敏传感器 、金属氧化物半导体 中 的门氧化物等口]。近年来 ，由于复合 TiO。薄膜显示 3．1 透射谱 出特殊的光电性能以及应用前景而备受学者关注 6『_8]。 图 1所示为石英基片上 TiO 薄膜的透射谱。在 二维结构的TiO 具有高的比表面积和表面能，应用在 800℃以下退火的各样 品，吸收边随退火温度 的增加 出 器件中会表现出和块材 TiO。明显不 同的性质。比如 现了红移 ，在可见光范围内薄膜平均透射率随温度变 在尺寸效应或量子尺寸效应的影响下，薄膜态 TiO。的 化不大 。400nm波长后 的透射谱 出现的波动是由于薄 光学常数会与块材 TiO 的光学常数有显著差异 ，而且 膜的干涉现象造成 的。而 1000℃退火样 品的透射率 用 同样实验条件在不 同衬底上制备 的薄膜 ，由于组织 变化规律明显和其它样品不同，没有出现干涉现象，从 结构不同其光学常数也会有差别。然而，在 TiO 复合 外观上看薄膜呈 白色 ，认为在石英基片上沉积 的薄膜 薄膜体系的设计和应用时，通常直接 以块材 的光学常 在 1000oC高温下 已遭到破坏。 数来代替薄膜态的光学常数 ，因此 ，系统研究