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《摻雜氮后對tio2薄膜的光學(xué)性質(zhì)的影響》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、摻雜氮后對TiO2薄膜的光學(xué)性質(zhì)的影響材料科學(xué)與工程學(xué)院，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校，分校，IL61801，USA收稿日期：2004年3月26日/接受：2004年10月19日網(wǎng)上公布：2004年11月25日?斯普林格出版社2004摘要含氮的二氧化鈦薄膜與非金屬元素?fù)诫s對TiO2的光吸收范圍擴(kuò)大的潛力的影響進(jìn)行了檢查。玻璃和硅襯底上薄膜合成了納米TiO2-xNx混離子束輔助沉積，獲得很大的氮濃度。盧瑟福用散射光譜和X射線光電子能譜，對薄膜的成分進(jìn)行了測定。通過X射線衍射，透射電子顯微鏡和原子力顯微鏡分析了薄膜的結(jié)構(gòu)。對紫外-可
2、見光譜和橢圓偏振薄膜的光學(xué)性能進(jìn)行了測試。觀察薄膜的帶隙值下降的趨勢特征，在一定摻雜濃度的范圍內(nèi)增加。隨著氮濃度的增加，結(jié)構(gòu)的演變更加明顯。減少了帶隙的N2p軌道與氮摻雜二氧化鈦薄膜。1引言由本田和藤在1972年發(fā)現(xiàn)以來，鈦白粉已被廣泛的研究，將其作為光敏作用的光觸媒[1]。由于其強(qiáng)大的照片氧化潛力，化學(xué)穩(wěn)定性高，無毒，成本低，二氧化鈦已經(jīng)成為各種形式的應(yīng)用，從除臭的環(huán)境應(yīng)用，如納米粉體，膠體，薄膜和涂料，凈化空氣和水[1-11]。然而，隨著它的寬能隙（3.2-3.8eV），純二氧化鈦光催化效率非常低的戶外活動，其中僅5％在紫
3、外線范圍內(nèi)的太陽能是能夠激活光催化反應(yīng)的。以有效地使用太陽能，有必要擴(kuò)展到可見光區(qū)域，在一個(gè)更高的比例（45％）的太陽能可用于光催化二氧化鈦的吸收光譜。為了滿足這一要求，早期的研究大多集中在合金與過渡金屬[2，3]鈦白粉上。最近，可見光光催化活性鈦氧化物通過摻雜氮[4-9]，碳[10]，硫[11]，或氟[12]已獲得。發(fā)現(xiàn)這些陰離子雜質(zhì)的物種，要優(yōu)于過渡金屬摻雜，摻雜材料，光催化效率的穩(wěn)定，緩解摻雜過程[7]。不同摻雜技術(shù)，帶隙能量摻鈦從2.32eV到3.45eV的報(bào)告的變化[10][14，16]。紅成功轉(zhuǎn)移到可見光的帶隙，可
4、以開展廣泛的可見光下的光催化調(diào)查[15]。雖然對上述研究進(jìn)行了了解，但氮摻雜納米TiO2-xNx混細(xì)粉末和薄膜[4-9]的影響，目前尚不清楚，如果摻雜濃度光吸收對任何結(jié)構(gòu)和性能上有一定的影響和作用。到今天為止，與氮摻雜二氧化鈦已實(shí)現(xiàn)由濺射在N2反應(yīng)氣氛[4,9]，在高溫退火商業(yè)二氧化鈦幾個(gè)小時(shí)氨氣流量下的溫度[4,6]，氧化錫粉的退火[13]，或使用溶膠-凝膠過程中含氮前兆[14]。報(bào)告的摻雜濃度范圍已經(jīng)很狹窄，通常X≤0.02（1。％）[6]。在最近期的出版物中，開發(fā)了增強(qiáng)的合成路線，導(dǎo)致?lián)诫s濃度在8％（X?0.24）二氧化
5、鈦納米粒子[7]。除此之外，摻雜TiO2-xNx混有較高的氮對它的結(jié)構(gòu)和性能的水平的影響尚未確定。該研究試圖確定一個(gè)明確的關(guān)系可能之間存在濃度和光學(xué)柘吸收nitrogen-doped大型鈦氧化物氮的濃度范圍。這是集中的效果公司在氮的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)二氧化鈦。準(zhǔn)備xNx薄膜由ion-beam-assisted沉積(IBAD)技術(shù)。使用一種ion-beam過程對于這樣一個(gè)資料有優(yōu)勢相對獨(dú)立的工藝參數(shù)的控制。此外,提供了一個(gè)可行的方法的過程重氮摻雜(最高達(dá)到30%)。為氮濃度達(dá)到x=0.90(30%),具有很重要的意義在光學(xué)
6、吸收邊緣變化進(jìn)行了觀察以及大量的光學(xué)轉(zhuǎn)變是很強(qiáng)的依賴性在nitrogen-dopant濃度。其帶隙的這個(gè)二氧化鈦。xNx薄膜被發(fā)現(xiàn)在減少柘集中注意力。2實(shí)驗(yàn)方法這ion-beam-assisted沉積(IBAD)系統(tǒng)應(yīng)用于該研究由一個(gè)3-cm-diameterKaufman-type離子源、一個(gè)3-kW電子束蒸發(fā)器和基體里一個(gè)加熱器的持有人鉭,如圖所示schematically在圖1。一個(gè)quartz-crystal監(jiān)控被用來控制薄膜的膜厚以及表面的沉積速率。這確認(rèn)后沉積膜厚度是由盧瑟福背向散射譜。標(biāo)準(zhǔn)硅(100)的晶片and
7、microscope載玻片作為底物在本研究為每個(gè)氮(兩個(gè)樣品嗎內(nèi)容)。他們是超聲清洗丙酮先后與甲醇洗澡,吹干下的氮凈化。在沉積底物打掃了1000-eVAr離子的5分鐘除表面污染。Nitrogen-doped鈦氧化物是由electronbeam沉積(四)蒸發(fā)鈦的氧化物、anatase、99.9%(阿爾發(fā)Aesar、美國)。同時(shí),日益增長的鈦氧化物電影是氮離子轟擊。在沉積,氮部分壓力控制在穩(wěn)定的價(jià)值亊10.5范圍為5.0至3.0亊10.4托。工作壓力化學(xué)鍍錫的沉積速度進(jìn)行調(diào)整和規(guī)范N聯(lián)合組建。進(jìn)行了沉積在一個(gè)基片溫度400人。C,
8、而這些被選中的前一次報(bào)告的基礎(chǔ)上TiOxNy電影,往往有anatase結(jié)構(gòu)上溫度[14、16)。表1圖1作為對比,五個(gè)額外的標(biāo)本也準(zhǔn)備好了通過反應(yīng)濺射用AJA國際cosputter系統(tǒng)。這個(gè)二氧化鈦。xNx薄膜、約100-納米厚,濺射沉積是在(100)硅片和硅玻璃幻燈片嗎從一
