基于反应气体和生长温度的Nb掺杂TiO_2薄膜相图研究

应用射频磁控溅射设备在超白玻璃和石英玻璃等非晶基体上生长Nb掺杂TiO2薄膜。在固定的电源功率、频率、靶基距和溅射时间的条件下,通过改变基体温度、反应气体及其含量,可以得到相对准确的晶相分布图。在还原气体环境随着基体温度的增加得到了金红石相的Nb掺杂TiO2薄膜;在氧化气体环境中,不同的基体温度和不同的氧化气体含量能够生长出较为纯净的锐钛矿相及锐钛矿相和金红石相的混相。通过此相图的研究能够为制备良好的透明导电薄膜奠定实验基础。

双层Nb掺杂TiO_2薄膜的导电性研究

采用射频磁控溅射的方法通过改变氧分压和基体温度在非晶超白玻璃上沉积了一系列Nb掺杂Ti O_2薄膜,富氧状态下的薄膜为锐钛矿相且绝缘,少氧状态下的薄膜为金红石相但电阻率太大。采用双层膜的结构,首先将在非晶基体上沉积一系列在富氧状态下得到的的锐钛矿相Nb掺杂Ti O_2薄膜为种子层,然后在种子层上外延一层少氧状态下的Nb掺杂Ti O2薄膜为表层,得到的薄膜具有良好的导电性。

Nb掺杂锐钛矿TiO_2室温铁磁性的载流子调控

在LaAlO3(100)基片上,利用激光脉冲沉积(PLD)制备了不同Nb掺杂浓度的高质量锐钛矿TiO2(Ti1-xNbxO2)薄膜,考察了不同掺杂浓度(不同载流子浓度)对薄膜磁学性质的影响。结果表明所有掺杂的薄膜都具有室温铁磁性,且在低掺杂区(x<1%),薄膜的磁性随掺杂浓度的增大而增大,当进入高掺杂区(1%<x<6%),薄膜的载流子浓度大于3.6×1020 cm-3后,薄膜的磁性基本不随载流子浓度的变化而变化。通过调控Ti1-xNbxO2薄膜的载流子浓度可以有效调控薄膜的室温铁磁性。

H_2气氛退火处理对Nb掺杂TiO_2薄膜光电性能的影响

采用电子束沉积方法,以钛酸锶(SrTiO3)为衬底制备铌(Nb)掺杂TiO2薄膜并研究后续H2气氛退火处理对其薄膜样品光电性能的影响.结果发现H2气氛热退火处理能有效改善Nb掺杂TiO2薄膜的导电率,最佳电阻率达到5.46×10-3Ω·cm,在可见光范围内的透光率为60%—80%.导电性能的改善与H2气氛退火处理后多晶薄膜的晶粒尺寸变大和大量的氧空位形成及H原子掺杂有关.

Nb高掺杂量对锐钛矿TiO_2导电和光学性能影响

目前,在Nb高掺杂量摩尔数分别为0.050和0.0625的条件下,对掺杂体系锐钛矿Ti O2电阻最低存在相反的两种实验结果都有文献报道.为解决这个矛盾,本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,计算了纯的单胞和三种不同Nb高掺杂量对锐钛矿Ti1-xNbxO2(x=0.03125,0.050,0.0625)超胞的能带结构分布、态密度分布和光学性质.结果表明,在本文限定掺杂量的条件下,Nb掺杂量越增加,掺杂体系的体积越增加,总能量越升高,稳定性越下降,形成能越升高,掺杂越难,相对自由电子浓度越增加,电子有效质量越增加,电子迁移率越减小,电子电导率越减小,最小光学带隙越变宽,吸收光谱和反射率向低能方向移动越显著,透射率越增加.计算结果与实验结果相吻合.

掺Nb浓度对溶胶凝胶法制备TiO_2薄膜透明导电性的影响（英文）

采用溶胶凝胶(sol-gel)法制备出不同Nb掺杂浓度的Nb:TiO_2薄膜,再经过后续H2退火提高结晶性能。用X射线衍射(XRD),X射线光电子谱(XPS),扫描电子显微镜(SEM),霍尔仪和紫外可见分光光度计检测分析样品的形貌和性能,其中包括结晶性能、元素价态、电学性能和透过率。结果显示,掺Nb的TiO_2薄膜的导电率随Nb浓度的增加而降低,当掺Nb浓度为8%时,样品具有最优异的性能,其方块电阻可以达到约4.2×104?/□,透过率高达70%左右。