TiO2薄膜的制备及厚度对其光学性质的影响

作     者：徐子杰 

作者单位：复旦大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张荣君

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：二氧化钛 薄膜 厚度 椭偏 光学性质 

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30nm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5～180nm。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40nm以下薄膜折射率随厚度减小而锐减,当薄膜的厚度在40nm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。