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TiO_2薄膜微结构及其光电特性研究

作　者: 马锦
导　师: 孙兆奇
学　校: 安徽大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: TiO2薄膜磁控溅射微结构光电特性性能指数
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

采用射频磁控溅射法制备了二氧化钛（TiO₂）纳米薄膜，厚度约为150nm。制备出的薄膜在大气环境下进行了等时（0．5h）变温（200℃，400℃，600℃，800℃，1000℃，1200℃）热处理；对0．5h退火的样品在相应的温度下再分别进行退火1h的热处理，退火1h的样品用来测试薄膜的XPS和AFM特性。用X射线衍射仪（XRD）、原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱仪（XPS）、紫外-可见光分光光度计（UV-Vis）、荧光光谱仪和四探针测试仪等测试手段分别对薄膜的微结构、化学组分和光电特性进行了测试与分析。XRD分析结果表明：400℃退火后，薄膜完成了由非晶到锐钛矿相的转变；1000℃退火后，薄膜样品完成了由锐钛矿相到金红石相的转变。AFM分析结果表明：随着退火温度的升高，TiO₂薄膜的平均颗粒度先减小而后增大，这是由于出现晶相转变的原因。XPS分析结果表明：未退火时Ti2p结合能为458．26eV，随着退火温度的升高，结合能逐渐减小，1000℃退火时，Ti2p结合能为458．18eV，未退火及退火后样品中的Ti均以+4价态存在。薄膜的光电特性测试结果表明：低温（＜800℃）退火后TiO₂薄膜在紫外．可见光范围的平均透射率都很高，平均在50％以上。高温（＞800℃）退火后，平均透过率下降很大；吸收率和反射率及折射率与低温退火样品差别很大。椭圆偏振方法测量了薄膜的折射率与消光系数，并与分光光度计测试的薄膜折射率与消光系数进行了对比。荧光光谱显示，Si和SiO₂衬底上制备的TiO₂薄膜的发射峰主峰分别在425nm和450nm左右，但峰强较弱。电阻率测试表明，1200℃退火的薄膜导电性能最优时为78．9Ω·cm。在300℃退火附近性能指数最佳，为4．4×10^-3Ω^-1。论文共分四章：第一章是绪论，概述了进行此方面研究的背景、意义和国内外相关工作：第二章简述了TiO₂薄膜理论基础及实际应用；第三章详述了TiO₂薄膜的制备和热处理条件对其微结构及其光电特性的影响；第四章是结论。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-28
  §1.1 引言  7-8
  §1.2 国内外的相关研究工作  8-23
    1.2.1 国内相关研究  8-18
    1.2.2 国外相关研究  18-23
  §1.3 本文的主要研究工作  23
  §1.4 小结  23-24
  参考文献  24-28
第二章 TiO_2薄膜的制备、微结构及组分研究  28-39
  §2.1 样品制备  28-29
  §2.2 TiO_2薄膜微结构和组分测试  29-30
    2.2.1 组分分析  29
    2.2.2 微结构—X射线衍射  29-30
    2.2.3 微结构—原子力显微镜(AFM)  30
  §2.3 结果与讨论  30-37
    2.3.1 组分分析  30-33
    2.3.2 X射线衍射分析  33-34
    2.3.3 原子力显微镜分析  34-37
  §2.4 小结  37-38
  参考文献  38-39
第三章 TiO_2薄膜的光电性能研究  39-52
  §3.1 TiO_2薄膜光电性质测试  39
    3.1.1 光学性质测试  39
    3.1.2 电学性质测试  39
  §3.2 结果与讨论  39-50
    3.2.1 光电性质分析  39-50
  §3.3 小结  50-51
  参考文献  51-52
第四章结论  52-54
今后工作设想  54-55
致谢  55-56
攻读硕士学位期间发表文章目录  56

TiO_2薄膜微结构及其光电特性研究

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