热处理和掺杂对TiO2薄膜折射率的影响

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)西北工业大学 作者:王六定

 热处理对TiO2 薄膜折射率的影响

      对玻璃基底上镀制的氧化钛薄膜进行热处理, 温度分别为300℃、400℃、850℃。样品标号分别为A10、A11、A12, 折射率见表2。

表2 不同热处理样品折射率

样品折射率 

      由表2看出,随着热处理温度的升高,薄膜折射率也逐渐增大。分析原因:因为锐钛矿折射率为2.56, 金红石更致密,折射率为2.77。样品A7、A10是无定形结构; 样品A11 在400℃热处理下已经出现锐钛矿结构; A12在850℃热处理下出现了金红石结构,是锐钛矿和金红石的混合态,所以折射率最高。由此看出,可以通过热处理的方式,在适当的范围内来改变氧化钛薄膜中锐钛矿和金红石两种结构的比例,改变薄膜的折射率,从而达到微调氧化钛薄膜光学性质的目的。

掺杂对TiO2薄膜折射率的影响

      表3 是不同掺杂量的氧化钛薄膜的折射率。由表3 可以看到,少量掺杂可以提高氧化钛薄膜的折射率,但随着掺杂量的增大,折射率反而有所下降,这是因为少量掺杂Ce,不改变TiO2的结构,但过量掺杂,则析出了CeO2颗粒。混合颗粒膨胀系数不一样,造成薄膜致密度下降,导致折射率下降。要改变氧化钛薄膜的折射率可以通过适量掺杂来实现。

表3 不同掺杂量的TiO2薄膜的折射率

TiO2薄膜的折射率 

结论

(1) 镀制高折射率的氧化钛薄膜,电子束蒸发法的最佳工艺参数为:基片温度200℃、真空度2×10- 2 Pa、沉积速率0.2nm/s、电子束流100 mA。

(2) 随着热处理温度的升高,薄膜折射率也逐渐增大。850℃热处理后的氧化钛薄膜折射率最高为2.34。

(3) 适量掺杂CeO2会提高薄膜的折射率,过量掺杂CeO2反而会降低折射率。

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