Crystal Structure And Optical Properties Of TiO2 Thin Films Prepared By Reactive RF Magnetron Sputtering

• Autorzy: Goto S. , Adachi Y. , Matsuda K. , Nose M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0240

Warianty tytułu

PL

Charakterystyka cienkich warstw TiO2 otrzymanych metodą reaktywnego rozpylania magnetronowego RF

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In sputtering deposition process of TiO₂, metal Ti or sintered TiO₂ target is used as deposition source. In this study, we have compared the characteristic of target materials. When TiO₂ target was used, stoichiometric TiO₂ films was deposited under the Ar atmosphere containing 1.0% of oxygen. The highest sputtering rate under this atmosphere was 3.9nm/min at 3.4W/cm². But, sintered TiO₂ target is fragile and cannot endure higher density of input power than 3.4W/cm². On the other hand, Ti target needs higher oxygen concentration (8%) in sputtering gas atmosphere for obtaining rutile/anatase. Even though Ti target can be input twice power density of 7.9W/cm², the highest deposition rate for Ti target was 1.4/nm, which was ~35% of the highest rate for TiO₂ target. Then we have study out the composite target consisting of Ti plate and TiO₂ chips. Using the composite target, stoichiometric TiO₂ films were prepared in the rate of 9.6nm/min at 6.8 W/cm² under the atmosphere of Ar/2.5%O₂. Furthermore, we have found that the TiO₂ films obtained from the composite target consisted of about 100% anatase, whereas TiO₂ films obtained from other target have rutile dominant structure. The optical band gap energy of the film is determined by using the Tauc plot. The calculated band gap energies for the films deposited by Ti target and composite target were 2.95 and 3.24eV, which are equivalent to that of rutile and anatase structure, respectively.

PL

W procesie nanoszenia TiO₂ metodą rozpylania, jako tarczy używano metalicznego Ti lub spiekanego TiO₂. W pracy dokonano porównania obu materiałów. W przypadku zastosowania jako tarczy TiO₂ przy nanoszeniu w atmosferze Ar zawierającym 1,0% tlenu otrzymano stechiometryczną warstwę TiO₂. Największa uzyskana szybkość rozpylania w tej atmosferze wyniosła 3,9 nm/min przy gęstości mocy wejściowej 3,4 W/cm². Jednak spiekany TiO₂ jest kruchy i nie wytrzymuje gęstości mocy wejściowej powyżej 3,4 W/cm². Z drugiej strony, przy rozpylaniu z tarczy Ti konieczne jest zwiększone stężenie tlenu (8%) w atmosferze aby otrzymać fazę rutyl/anataz. Mimo że tarcza Ti wytrzymuje gęstość mocy dwa razy wyższą niż TiO₂ (7,9 W/cm²), największa uzyskana szybkość rozpylania wynosiła 1,4 nm/min, co stanowi ~35% najwyższej szybkości uzyskanej dla tarczy TiO₂. Zbadano także tarczę kompozytową składające się z płyty Ti oraz wiórów TiO₂. W przypadku zastosowania tarczy kompozytowej, szybkość rozpylania wyniosła 9,6 nm/min przy mocy 6,8 W/cm² w atmosferze Ar/2,5%O2. Dodatkowo, warstwy TiO₂ otrzymane z tarczy kompozytowej zawierały około 100% anatazu, podczas gdy w przypadku warstw otrzymanych z pozostałych tarcz dominowała faza rutylu. Szerokość przerwy energetycznej wyznaczono na podstawie wykresu Tauca. Obliczone wartości przerwy energetycznej wynosiły 2,95 eV dla podłoża Ti i 3,24 eV dla podłoża kompozytowego, co odpowiada wartością przerw odpowiednio dla rutylu i anatazu.

Słowa kluczowe

EN

TiO2; rutile; anatase; sputtering; XRD

PL

TiO2; rutyl; anataz; rozpylanie; dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 2A
• Strony: 965--967
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Goto S.

• Graduate School of Science and Engineering for Education, University of Toyama, 3190, Gofuku, Toyama, Japan

autor

Adachi Y.

• Graduate School of Science and Engineering for Education, University of Toyama, 3190, Gofuku, Toyama, Japan

autor

Matsuda K.

• Graduate School of Science and Engineering for Research, University of Toyama, 3190, Gofuku, Toyama, Japan

autor

Nose M.

• Faculty of Art and Design, University of Toyama, Takaoka 933-8588, Japan

Bibliografia

• [1] A. Fujishima, K. Honda, Nature 238, 37 (1972).
• [2] M. Xu, Y. Gao, E.M. Moreno, M. Kunst, M. Muhler, Y. Wang, H. Idriss, C. Wöll, Phys. Rev. Lett. 106, 138302 (2011).
• [3] K. Tanamura, Y. Abe, K. Sasaki, Vacuum. 74, 397 (2004).
• [4] D. Pjević, M. Obradović, T. Marinković, A. Grce, M. Milosavljević, R. Grieseler, T. Kups, M. Wilke, P. Schaaf, Physica B. 463, 20 (2015).
• [5] M. Nose, T. Kurimoto, A. Saiki, K. Matsuda, K. Terayama, J. Vac. Sci. Tecnol. 30, 1 (2012).
• [6] J. Xiong, S.N. Das, S. Kim, J. Lim, H. Choi, J.M. Myoung, Surf. Coat. Technol. 204, 3436 (2010).
• [7] L. Miao, P. Jin, K. Kaneko, A. Terai, N.N. Gabain, S. Tanemura, Appl. Surf. Sci. 212-213, 255 (2003).

Uwagi

PL

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