溅射法制备TiO2薄膜过程中靶中毒现象的消除及样品表征

用氧脉冲直流反应磁控溅射法,在载玻片衬底上制备了不同初始氧浓度和不同断氧时间％的多晶TiO2纳米薄膜,并对薄膜的厚度、晶体结构及表面形貌进行了研究。研究发现,脉冲式通氧能有效消除靶中毒,将薄膜沉积速率最大提高到3～5nm／min,并且当断氧时间大于30s时,沉积速率在2．5nm／min以上;薄膜的晶体结构和形貌随着氧浓度和断氧时间而变化,在初始氧浓度为30％、断氧时间为30s时,金红石结构样品具有最佳结晶程度,并且薄膜的表面平整、晶粒尺寸分布均匀,而锐钛矿结构的最佳结晶条件是氧浓度30％或50％、断氧时间20s.     

脉冲供氧反应磁控溅射TiO2薄膜的结构和形貌研究

利用脉冲供氧反应磁控溅射制备了TiO2薄膜。分别用XRD和SEM研究了晶体结构和表面形貌。结果表明,当氧浓度高或Toff小,样品为锐钛矿结构,晶粒大小20～30nm;而当氧浓度低或Toff大,样品为金红石结构,晶粒大小10～15nm。应变分析表明,锐钛矿结构只存在压应变,大小0．044～0．211;而金红石存在压应变（大小0．021-0．398）或张应变（大小0．182～0．438）。氧浓度低（或Toff大）样品具有更平整的表面和更均一的晶粒大小。     

氧脉冲磁控溅射法制备多晶TiO2薄膜

利用一种改进的溅射方法在载波片上制备了多晶TiO2薄膜。由于该法在溅射过程中氧气控制得像脉冲一样,所以称之为氧脉冲直流磁控反应溅射。它能有效的减轻靶中毒,样品沉积速率达到传统反应溅射法的7倍左右。分别利用椭圆偏振测厚仪、X射线衍射仪和场发射扫描电子显微镜研究了沉积时间、氧分压以及氧气开关时间对沉积速率、晶体结构和表面形貌的影响。研究结果显示,在氧分压为30％,断氧时间Toff=30s和20s下制备的样品具有最好的金红石相或锐钛矿相单一晶体结构,并且在Toff=30s时,具有最佳的表面形貌。此外,在较高沉积速率和较低氧分压下,样品更趋向于生成金红石相。利用范德堡法研究了样品的电阻率,在氧分压为30％,Toff=30s和50％,Toff=40s下制备的样品的电阻率为10·cm左右。该样品适合进一步研究透明导电TiO2薄膜。