O_2流量对磁控溅射N掺杂TiO_2薄膜成分及晶体结构的影响

利用直流脉冲磁控溅射方法在室温下通过改变O2流量制备具有不同晶体结构的N掺杂TiO2薄膜,利用台阶仪、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计等设备对薄膜沉积速率、化学成分、晶体结构、禁带宽度等进行分析.结果表明:所制备的薄膜元素配比约为TiO1.68±0.06N0.11±0.01,N为替位掺杂,所有样品退火前后均未形成Ti—N相结构,N掺杂TiO2薄膜的沉积速率、晶体结构等主要依赖于O2流量.在O2流量为2sccm时,N掺杂TiO2薄膜沉积速率相对较高,薄膜为非晶态结构,但薄膜内含有锐钛矿(anatase)和金红石(rutile)相晶核,退火后薄膜呈anatase和rutile相混合结构,禁带宽度仅为2.86eV.随着O2流量的增加,薄膜沉积速率单调下降,退火后样品禁带宽度逐渐增加.当O2流量为12sccm时,薄膜为anatase相择优生长,退火后呈anatase相结构,禁带宽度为3.2eV.综合本实验的分析结果,要在室温条件下制备晶态N掺杂TiO2薄膜,需在高O2流量(>10sccn)条件下制备.