tio2薄膜的制备及电学性能研究

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1、TiO2薄膜的制备及电学性能研究1引言1.1薄膜材料概述能源、材料和信息科学是新技术革命的先导和支柱。在新材料发展最活跃的一些领域，如新材料的合成与制备，材料表面与界面的研究，低维材料的开发，非晶态准晶态的合成，材料的各向异性研究，晶体中杂质原子及微观缺陷的行为影响，亚稳态材料的探索，离子束、光束与物质界面、交界面的相互作用，物质特异性能的开发等无一不和薄膜技术有关。追述薄膜的发展历史，最初的发明是阿拉伯人利用电池电镀制取金属膜；到了7世纪，己经能从银溶液中使银析出，在玻璃表面形成银的薄膜；17世纪以后才从科学和物理的角度研究薄膜；

2、直到19世纪中叶，电解法，化学反应法真空镀膜法问世，固体薄膜才逐步形成。到了70-80年代由于真空技术、薄膜材料与技术和表面物理相结合，促进了薄膜科学与技术的迅速发展，也推动了薄膜产品的开发与应用。在建筑玻璃镀膜制品、光学薄膜、集成电路薄膜、太阳能利用薄膜、液晶显示膜、刀具硬化膜、光盘、磁盘等方面都有广泛的应用。作为特殊形态材料的薄膜，己在微电子、信息、传感器、光学、太阳能利用等科技领域得到广泛的应用，并渗透到当代科技的各个其它领域。随着当今世界薄膜产业飞速发展，薄膜技术作为材料制备的一种形式，其应用范围和作用正在不断地扩大和深化。

3、这门新技术不仅涉及到物理学、化学、结晶学、表面科学和固体物理学等基础学科，而且还和真空、冶金和化工等技术密切相关。薄膜技术作为材料科学的一个重要组成部分得到了人们的高度重视并进行了深入研究。目前薄膜科学与技术正在日新月异地向前发展。薄膜技术既是综合性的应用科学，又涉及到许多跨学科的理论基础，特别是近年世界薄膜产业飞速崛起，因而对薄膜材料的研究既具很强的理论意义又有广泛的应用价值。.........1.2二氧化钛薄膜概述纳米二氧化太薄膜具有高介电常数、高折射率、高化学稳定性和半导体特性；并且白度高、消色力强、遮盖力大；加之它无毒无味，

4、因此广泛应用于油漆、涂料、化纤、塑料、化装品、陶瓷等领域，并且在光催化、太阳能电池、建材等许多方面有重要的应用前景。二氧化钛俗称钛白，分子量：79.88，是一种白色无机颜料，具有无毒、最佳白度和光亮度等特点，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、陶瓷、化妆品及食品添加和医药等工业。TiO2有三种常见的晶型：锐钛矿，金红石和板钛矿。锐钛矿和金红石型TiO2的结构可以用TiO2的八面体来描述。两种晶体结构之间的差别在于每一个八面体的分布和组装不同。图1.1描述了锐钛矿和金红石型TiO

5、2的晶包结构。每一个Ti4+离子被六个O2-离子以八面体形式包围，其中一个Ti原子与六个O原子、一个O原子与三个Ti原子相连。锐钛矿型晶体中的八面体有较大弯曲，对称性比金红石型晶体低。在锐钛矿型TiO2的晶体中，每个八面体与其四周的八个八面体相连(四个共角，四个共面)。在金红石型TiO2晶体中，八面体是不规则的，稍有些斜立方晶型的分布，每个八面体与周围的十个八面体相连(与其中八个八面体共角，与另外两个八面体共面)。这两种晶体的Ti-Ti和Ti-O键的键长也不同。在锐钛矿型TiO2晶体中，Ti-Ti间距比较大(3.79A和3.04A，

6、在金红石中为3.57A和2.96A）；Ti-O间距比金红石短（l.934A和l.908A，在金红石中为1.949A和1.980A）。.........2TiO2薄膜的制备TiO2是一种具有诸多特性的N型宽禁带半导体材料，被广泛应用于光学工业、介电材料、单层或多层光学镀膜、光催化涂层、染料敏化太阳能电池以及自清洁涂层等领域。TiO2薄膜具有良好的光催化特性，具有杀菌、防污、除臭、自洁等优异的特性。因此，TiO2薄膜可以大规模应用于建筑物及玻璃表面涂层。目前己经有很多大型建筑和室内装修使用了TiO2涂层。然而对于玻璃表面TiO2涂层的制

7、作，使用传统的涂刷或喷涂等方法则会严重影响玻璃的透光性和涂层的附着力。而镀膜则是一种制备TiO2薄膜的较好方法。目前制备TiO2薄膜的方法很多，如电子束蒸发、离子束辅助沉积溶胶凝胶法、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、激光脉冲沉积、原子层沉积、磁控溅射等。在各种镀膜方法中，磁控溅射方法无疑是一种大规模制备低成本、高质量TiO2薄膜的有效方法，它可以在较低的沉积温度下制备大面积高均匀度的TiO2薄膜在实验中，我们通过摸索各种实验参数，成功利用反应磁控溅射的方法在制备了高质量的TiO2薄膜，并对其结构和物性进行了研究。2.1制备薄

8、膜的基本步骤在溅射镀膜实验中，对基片的洁净度要求很高，洁净与否直接影响薄膜的生长和附着情况。基片表面不洁净生长的薄膜会不均匀，有明显的缺陷，而且薄膜的附着力减小，会因为其污染的表面而容易脱落，直接影响基片薄膜的质量。因此在实验前必须对