TiO2薄膜的制备及厚度对其光学性质的影响

摘要

随着薄膜技术的发展，薄膜材料已经广泛渗透到现代科技的各个领域。二氧化钛(TiO2)薄膜由于具有化学性质稳定，高折射率、高介电常数以及在可见光波段透明等特点，近年来受到广泛的关注和研究。由于TiO2薄膜的光学性质与体材料不同，研究厚度对TiO2光学性质的影响，对基于TiO2薄膜的光学和光电子器件的设计和制造十分必要。
　　首先，研究了厚度对非晶态TiO2薄膜光学性质的影响。利用电子束蒸发法在硅片衬底上制备了30 nm以下不同厚度的TiO2薄膜。采用多角度椭圆偏振光谱仪对薄膜样品进行测量，分析选用适当的模型对测量数据进行拟合，得到了TiO2薄膜样品的折射率色散光学和厚度。结果表明，随着TiO2薄膜厚度增加，其折射率增加，这可以由薄膜生长的无序性来解释。
　　其次，本论文还研究了TiO2薄膜折射率随厚度的变化关系，制备了一系列TiO2薄膜样品，厚度为5～180 nm。采用多角度椭偏仪对各个样品进行测量并拟合。结果表明厚度在40 nm以下薄膜折射率随厚度减小而锐减，当薄膜的厚度在40 nm以上时，其折射率基本上保持在一个常数值并且接近TiO2体材料的折射率。该现象主要是由于薄膜层中存在空洞以及存在界面层造成。
　　此外，为了研究厚度对晶态TiO2薄膜结构和光学性质的影响，对制备的样品进行退火处理。通过对薄膜样品进行XRD测量，表明得到的TiO2薄膜为锐钛矿结构。通过计算可得，随着薄膜厚度增加，薄膜的晶格间距减小，晶粒尺寸增加，这表明增加厚度可以提高薄膜的晶体质量。通过多角度椭偏测量并拟合后可得，随薄膜厚度增加，其折射率会减小，这可能是由于应力在其影响中占主要作用。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 TiO2的结构及应用

1．1．1 TiO2的结构

1．1．2 TiO2的应用

1．2 TiO2薄膜的制备

1．3 研究进展

1．4 论文工作介绍

第二章 电子束蒸发制备TiO2薄膜与薄膜检测方法

2．1 薄膜生长系统

2．1．1 衬底的清洗

2．1．2 TiO2薄膜生长

2．2 AFM测量

2．2．1 AFM的工作原理

2．2．2 AFM的工作模式

2．3 XRD测量

2．3．1 XRD的原理

2．3．2 XRD结构分析方法

2．4 椭圆偏振光谱偏测量

2．4．1 椭偏测量的原理

2．4．2 光学色散模型

2．5 小结

第三章 厚度对非晶态TO2薄膜光学性质的影响

3．1 薄膜的生长

3．2 样品的表征与测量

3．2．1 AFM测量

3．2．2 椭偏测量

3．3 结果与讨论

3．3．1 厚度对30nm以下非晶态TiO2薄膜光学性质的影响

3．3．2 非晶态TiO2薄膜的折射率随厚度的变化关系

3．4 小结

第四章 厚度对晶态TiO2薄膜晶体结构和光学性质的影响

4．1 薄膜的制备与表征

4．2 结果与讨论

4．2．1 TiO2薄膜的表面形貌

4．2．2 TiO2薄膜的结构

4．2．3 椭偏测量

4．3 小结

第五章 论文工作总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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