生长温度与氧压对LMBE制备纳米TiO₂薄膜的影响

【作者】 邢晓； 王文军； 张栋； 刘云龙； 高学喜； 张丙元；

【机构】 聊城大学物理科学与信息工程学院；

【摘要】 采用激光分子束外延(LMBE)方法在玻璃基片上制备了TiO2薄膜,研究了基片温度与氧压对薄膜光学性能的影响。利用椭偏仪测量了薄膜的厚度和折射率,用UV-Vis光谱仪对不同氧压和不同温度下制备的薄膜的透射率进行了测试,并且根据透射谱计算了TiO2薄膜的禁带宽度。用XRD测量了薄膜的结构。研究基片温度的影响时,氧压选取在0.45Pa,温度分别取373K、423K、473K、573K;研究氧压的影响时,温度选取在573K,氧压分别取0.5Pa、1Pa、5 Pa。结果表明:氧化钛薄膜的折射率随温度的升高而增大,随氧压的增大而减小。随着温度的升高,晶粒的尺寸增大,导致折射率增大。随着氧压的增大,薄膜中的氧空位减少,导致薄膜的折射率减小。薄膜生长温度变化的透射谱结果表明:从373K到573K,随着温度的变化,透射谱变化不大。可见光范围内的透过率最低在65%左右(400nm处),随着波长的增加,透过率逐渐增大。在紫外光波段,300nm处的透过率最低,在10%左右;360nm处有一个透射率峰值,且此峰值的透射率随温度的增加先增加后减小,在423K时峰值最高。薄膜氧压变化的透射谱结果表明:随着氧压的增大,透过率明显提高,0.5Pa时,400～900nm的平均透过率在70%以上,1Pa时,平均透过率在80%以上,5Pa时,平均透过率在90%以上。根据不同温度条件下制备的TiO2薄膜的透射谱计算得到它们的禁带宽度在3.57～3.65ev。根据不同氧压条件下制备的TiO2薄膜的透射谱计算得到它们的禁带宽度为3.65～3.8ev。禁带宽度的结果表明:TiO2薄膜为非晶结构,这与XRD的实验结果是一致的。更多还原