脈沖調制射頻等離子體化學氣相沉積TiO2三維結構薄膜.pdf

1、TiO2經過幾十年來的專家和學者的研究，使其成為材料應用中金屬氧化物的一顆新星，由于其特殊的抗環(huán)境腐蝕能力、化學穩(wěn)定性好、生物相容性好、價廉易得等特點，在新能源、新材料、環(huán)境、醫(yī)藥等領域表現(xiàn)出良好的應用前景，如水解制氫、空氣與水凈化、光伏電能轉換等。
　　本文主要從脈沖調制技術入手，參考最年來的學者利用脈沖調制技術得到的新的等離子體放電特性，操控其優(yōu)勢特性來產生穩(wěn)定的等離子體，從而借助化學氣相的干法刻蝕沉積原理來構造具有三維空間的

2、TiO2薄膜，試驗主旨是操控脈沖調制技術，變換各類沉積參數(shù)，獲得各種形貌差異和光學特性差別的薄膜，并且TiO2薄膜形貌三維構造明顯，調控的沉積參數(shù)主要有氣壓、基片溫度、上下電極距離、功率、以及脈沖調制占空比，摸索參數(shù)上的差別，對比種種形貌差異和性能優(yōu)劣。
　　首先，利用工業(yè)化設計的沉積系統(tǒng)，成功產生了穩(wěn)定性好、放電強度高、大尺度均勻脈沖調制射頻輝光放電等離子體。
　　其次，通過試驗測量Ar/O2/TiCl4放電體系的電流-電

3、壓（I-V）關系曲線和發(fā)射光譜，研究了脈沖調制射頻等離子體在不同功率、氣壓、占空比、以及O2和TiCl4流量下的放電特性。試驗主要嘗試了Ar/O2/TiCl4放電體系輔助以操控脈沖調制技術，獲得放電體系穩(wěn)定性好，放電強度高，射頻放電特性幾乎沒有改變，其放電電流和電壓的曲線近似于正弦曲線，且放電電流相位領先于放電電壓，這是典型的輝光放電特性。比較了不同氣壓下電流電壓曲線峰峰值的差異峰值。同時，低氣壓下，放電功率的提升導致電流峰峰值提高，而

4、電壓峰峰值幾乎不變。恒定功率下，脈沖調制占空比的減小導致電流峰峰值的減小，而電壓峰峰值幾乎不變。研究了Ar以及O2典型的等離子體發(fā)射光譜中特征譜線Ar I763 nm，811 nm，912 nm及O I777 nm和O844 nm強度的變化，結果表明，較高的功率，優(yōu)化的O2和TiCl4流量比，有利于Ar和O原子高能激發(fā)態(tài)的生成，以及TiO2的化學氣相沉積和結晶。
　　最后，研究了基片溫度，電極間距，功率，氣壓以及脈沖調制占空比等制

5、備參數(shù)的變化對TiO2薄膜形貌以及結晶的影響，探討了不同形貌和性能的TiO2三維結構薄膜的形成機理。實驗結果表明，脈沖調制技術減少射頻連續(xù)放電所帶來的熱積累效應，適合制備大面積均勻的TiO2的薄膜。當放電電極間距減小，薄膜結構由網狀結構轉變?yōu)槿S片狀晶體結構。基片加熱后，加強了薄膜粘附性能和結晶度。常壓下，射頻功率的提高，有效地改變了TiO2三維結構薄膜形貌，增加了比表面積。常壓下的高功率有助于大尺寸的晶體生長，但得到的晶體排列均勻性較