Crystal Structure And Optical Properties Of TiO2 Thin Films Prepared By Reactive RF Magnetron Sputtering

Abstract

In sputtering deposition process of TiO 2 , metal Ti or sintered TiO 2 target is used as deposition source. In this study, we have compared the characteristic of target materials. When TiO 2 target was used, stoichiometric TiO 2 films was deposited under the Ar atmosphere containing 1.0% of oxygen. The highest sputtering rate under this atmosphere was 3.9nm/min at 3.4W/cm 2 . But, sintered TiO 2 target is fragile and cannot endure higher density of input power than 3.4W/cm 2 . On the other hand, Ti target needs higher oxygen concentration (8%) in sputtering gas atmosphere for obtaining rutile/anatase. Even though Ti target can be input twice power density of 7.9W/cm 2 , the highest deposition rate for Ti target was 1.4/nm, which was ∼35% of the highest rate for TiO 2 target. Then we have study out the composite target consisting of Ti plate and TiO 2 chips. Using the composite target, stoichiometric TiO 2 films were prepared in the rate of 9.6nm/min at 6.8 W/cm 2 under the atmosphere of Ar/2.5%O 2 . Furthermore, we have found that the TiO 2 films obtained from the composite target consisted of about 100% anatase, whereas TiO 2 films obtained from other target have rutile dominant structure. The optical band gap energy of the film is determined by using the Tauc plot. The calculated band gap energies for the films deposited by Ti target and composite target were 2.95 and 3.24eV, which are equivalent to that of rutile and anatase structure, respectively.Keywords: TiO 2 , Rutile, Anatase, sputtering, XRD W procesie nanoszenia TiO 2 metodą rozpylania, jako tarczy używano metalicznego Ti lub spiekanego TiO 2 . W pracy dokonano porównania obu materiałów. W przypadku zastosowania jako tarczy TiO 2 przy nanoszeniu w atmosferze Ar zawierającym 1,0% tlenu otrzymano stechiometryczną warstwę TiO 2 . Największa uzyskana szybkość rozpylania w tej atmosferze wyniosła 3,9 nm/min przy gęstości mocy wejściowej 3,4 W/cm 2 . Jednak spiekany TiO 2 jest kruchy i nie wytrzymuje gęstości mocy wejściowej powyżej 3,4 W/cm 2 . Z drugiej strony, przy rozpylaniu z tarczy Ti konieczne jest zwiększone stężenie tlenu (8%) w atmosferze aby otrzymać fazę rutyl/anataz. Mimo że tarcza Ti wytrzymuje gęstość mocy dwa razy wyższą niż TiO 2 (7,9 W/cm 2 ), największa uzyskana szybkość rozpylania wynosiła 1,4 nm/min, co stanowi ∼35% najwyższej szybkości uzyskanej dla tarczy TiO 2 . Zbadano także tarczę kompozytową składające się z płyty Ti oraz wiórów TiO 2 . W przypadku zastosowania tarczy kompozytowej, szybkość rozpylania wyniosła 9,6 nm/min przy mocy 6,8 W/cm 2 w atmosferze Ar/2,5%O 2 . Dodatkowo, warstwy TiO 2 otrzymane z tarczy kompozytowej zawierały około 100% anatazu, podczas gdy w przypadku warstw otrzymanych z pozostałych tarcz dominowała faza rutylu. Szerokość przerwy energetycznej wyznaczono na podstawie wykresu Tauca. Obliczone wartości przerwy energetycznej wynosiły 2,95 eV dla podłoża Ti i 3,24 eV dla podłoża kompozytowego, co odpowiada wartością przerw odpowiednio dla rutylu i anatazu.

A recyclable graphene/Ag/TiO2 SERS substrate with high stability and reproducibility for detection of dye molecules

“…28 The characteristic peaks at 2 θ = 27.46° and 44.06° correspond to the rutile TiO 2 (110) and (210) crystal planes. 29 The unlabelled peaks in the figure are mostly from monocrystalline silicon substrate. The prepared TiO 2 films are not pure anatase, which may be due to the influence of annealing temperature, and with the temperature increase, the anatase type TiO 2 films gradually change to rutile.…”

Understanding the phenomenon of x-ray diffraction by crystals and related concepts

“…The anatase and rutile structures differ in symmetry (and density); they belong to different space groups but both have a tetragonal crystal lattice. Rutile is the most stable form of TiO 2 , whereas anatase is metastable and transforms to the rutile phase upon heating (Sta et al 2014, Goto et al 2015. Table 1 contains the structural data for the anatase phase.…”