Wpływ składu materiałowego cienkich warstw HfO2-TiO2 na ich właściwości strukturalne oraz optyczne

• Autorzy: Poniedziałek A. , Mazur M. , Górnicka B. , Pierściński R. , Karpiński M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2016.7.2

Warianty tytułu

EN

Material composition effect of thin films based on HfO2-TiO2 composites on their structural and optical properties

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badania wpływu składu materiałowego cienkich warstw TiO₂-HfO₂ na ich właściwości strukturalne oraz optyczne. Cienkie warstwy tlenków TiO₂2 oraz ich mieszanin zostały wytworzone za pomocą rozpylania magnetronowego. Zmiana składu materiałowego cienkich warstw miała znaczący wpływ na właściwości strukturalne, powierzchni oraz optyczne. Wytworzone cienkie warstwy z wyjątkiem (Hf_0.55Ti_0.45)Ox były nanokrystaliczne o średnim rozmiarze krystalitów około 7-11 nm. Obrazy otrzymane przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego potwierdziły, że cienkie warstwy zbudowane były z ziaren o różnych kształtach oraz rozmiarach z wyjątkiem powłoki, która w mieszaninie miała największą ilość domieszki Ti. Badania przedstawione w pracy pokazały zmianę współczynnika transmisji światła wraz ze wzrostem zawartości TiO2 w mieszaninach. Zaobserwowano także przesunięcie długości fali odcięcia w stronę fal dłuższych oraz wzrost wartości współczynnika załamania światła.

EN

This paper provides research investigation results and analysis of various properties of thin films based on TiO₂-HfO₂ composites. Thin-film coatings were deposited using multitarget magnetron sputtering stand. Several sets of thin films, including undoped HfO₂, TiO₂ and their composites, were prepared and their structural and optical properties were discussed. Structural properties were analyzed using results obtained by x-ray diffraction method. In turn, optical properties were evaluated based on the transmission spectra of deposited thin films. It was found that material composition of prepared coatings has an impact on their various properties. Undoped coatings and thin films with lower content of titanium were nanocrystalline, while (Hf_0.55Ti_0.45)Ox was amorphous. Research on optical properties has shown that transmission of the light of deposited thin films changed with the increase of TiO₂ content. It was also observed that I_cut-off was shifted towards higher wavelength range and refractive index increased with larger amount of titanium in prepared thin films.

Słowa kluczowe

PL

TiO2; HfO2; mieszaniny tlenków; powłoka optyczna; rozpylanie magnetronowe; właściwości strukturalne; właściwości optyczne

EN

TiO2; HfO2; mixed oxides; optical coatings; magnetron sputtering; structural properties; optical properties

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 57, nr 7
• Strony: 6--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., wykr.

Twórcy

autor

Poniedziałek A.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, Wrocław

autor

Mazur M.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, Wrocław

autor

Górnicka B.

• Instytut Elektrotechniki, Oddział Wrocław, Wrocław

autor

Pierściński R.

autor

Karpiński M.

Bibliografia

• [1] Al-Kuhaili M.F., 2004, Optical properties of hafnium oxide thin films and their application in energy-efficient windows, Optical Materials, vol. 27, s. 383-387.
• [2] V argas M. i in., 2014, Structure and optical properties of nanocrystalline hafnium oxide thin films, Optical Materials, vol. 37, s. 621-628.
• [3] P. Jin i in., 2015, Deposition power modulated optical and electrical properties of sputtering-derived HfTiOx gate dielectrics, Journal of Alloys and Compounds, vol. 649, s. 128-134.
• [4] Choi K.H. i in., 2012, Structural and optical properties of electrohydrodynamically atomized TiO2 nanostructured thin films, Applied Physics A, vol. 107, s. 715-722.
• [5] Tan T., i in., 2010, Structure and optical properties of HfO2 thin films on silicon after rapid thermal annealing, Optical Materials, vol. 32, s. 432-435.
• [6] V argas M. i in., 2014, Tailoring the index of refraction of nanocrystalline hafnium oxide thin films, Applied Physics Letters, vol. 104, s. 101907-5.
• [7] Jiang H., i in., 2010, Electronic band structure of zirconia and hafnia polymorphs from the GW perspective, Physical Review B, vol. 81, s. 085119.
• [8] Bright T.J., i in., 2012, Optical properties of HfO2 thin films deposited by magnetron sputtering: from the visible to the far-infrared, Thin Solid Films, vol. 520, s. 6793-6802.
• [9] Jena S. i in., 2015, Effect of O2/Ar gas flow ratio on the optical properties and mechanical stress of sputtered HfO2 thin films, Thin Solid Films vol. 592, s. 135-142.
• [10] Lin S.S. i in., 2015, Effects of substrate temperature on properties of HfO2, HfO2:Al and HfO2:W films, Surface & Coatings Technology, vol. 271, s. 269-275.
• [11] Martinez F.L., i in., 2007, Optical properties and structure of HfO2 thin films grown by high pressure reactive sputtering, Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 40, s. 5256-5265.
• [12] Dorian A.H., i in., 2011, Review of the anatase to rutile phase transformation, Journal Materials Science, vol. 46, s. 855-874.
• [13] Prabitha B., i in., 2011, Effect of RF power and sputtering pressure on the structural and optical properties of TiO2 thin films prepared by RF magnetron sputtering, Applied Surface Science, vol. 257, s. 10869-10875.
• [14] Zhang J.W., i in, 2014, Microstructure optimization and optical and interfacial properties modulation of sputtering-derived HfO2 thin films by TiO2 incorporation, Journal of Alloys and Compounds, vol. 611, s. 253-259.
• [15] Mazur M., i in., 2015, Investigation of microstructure, micro-mechanical and optical properties of HfTiO4 thin films prepared by magnetron co-sputtering, Materials Research Bulletin, vol. 72, s. 116-122.
• [16] Mazur M., i in., 2015, Effect of Nd doping on structure and improvement of the properties of TiO2 thin films, Surface and Coatings Technology, vol. 270, s. 57-65.
• [17] Domaradzki J, i in., 2006, Characterization of nanocrystalline TiO2-HfO2 thin films prepared by low pressure hot target reactive magnetron sputtering, Surface and Coatings Technology, vol. 200, s. 6283-6287.
• [18] Twu M.J., i in., 2015, Properties of TiO2 films deposited on flexible substrates using direct current magnetron sputtering and using high power impulse magnetron sputtering, Polymer Degradation and Stability, vol. 117, s. 1-7.
• [19] Cisneros-Morales M.C., i in., 2011, Intrinsic metastability of orthorhombic HfTiO4 in thin film hafnia-titania, Applied Physics Letters, vol. 98, s. 051909.
• [20] Okamoto H., Hf-T (Hafnium-Titanium), Journal of Phase Equilibria, vol. 18, nr 6, 1997, s. 672.
• [21] Panneerselvam G. i in., 2012, Thermophysical properties of hafnium titanate, Ceramics International, vol. 38, s. 5219-5222.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.