การหาค่าคงที่ทางแสงและความหนาของฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์ด้วยวิธีซอง
Determination of the Optical Constants and Thickness of Reactive Sputtered TiO2 Thin Films by Envelope Method
Keywords:
ไททาเนียมไดออกไซด์, สปัตเตอริง, ค่าคงที่แสง, ความหนาฟิล์มAbstract
งานวิจัยนี้ได้เคลือบฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์ ด้วยระบบรีแอคตีฟ ดีซี อันบาลานซ์ แมกนีตรอน บนกระจกสไลด์และแผ่นซิลิกอน ฟิล์มบางที่เคลือบได้จะนำไปศึกษาโครงสร้างผลึกด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ ความหนาฟิล์มวัดด้วยเทคนิค เอ เอฟ เอ็ม ผลการศึกษาพบว่า ฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์ที่เคลือบได้มีเฉพาะเฟสรูไทล์ (1 1 0) (2θ = 27.49O) ความหนาฟิล์มประมาณ 296 nm ค่าคงที่ทางแสงของฟิล์มบางได้แก่ ดัชนีหักเห n และค่าสัมประสิทธิ์การดับสูญ k หาด้วยวิธีซองจากค่าการส่งผ่านแสงในช่วงตามองเห็น เท่ากับ 550 nm พบว่าดัชนีหักเหมีค่าเท่ากับ 2.47 และค่าสัมประสิทธิ์การดับสูญมีค่าเท่ากับ 0.005 ตามลำดับ ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืน α และความหนาฟิล์ม d คำนวณจากรูปแบบการแทรกสอดของการค่าส่งผ่านแสง พบว่าค่าแถบพลังงานและความหนาของฟิล์มมีค่าเท่ากับ 3.1 eV และ 301 nm ตามลำดับ Titanium dioxide thin films were deposited by reactive DC unbalanced magnetron sputtering system on glass slides and silicon wafers. The crystal structure was characterized by XRD (X-ray diffraction) where as film thickness was evaluated by AFM (atomic force microscopy). It was found that TiO2 thin films showed only one peak, corresponding to the rutile (1 1 0) phase (2θ = 27.49O) with thickness about 269 nm. Optical constants namely refractive index n and extinction coefficient k, were determined from transmittance spectrum in the visible regions by using envelope methods. For 550 nm light, n = 2.47 and k = 0.005 were found. Absorption coefficient α, and the thickness of the film d were calculated from interference of transmittance spectra. The energy band gap, and the thickness of the films were evaluated as 3.1 eV and 301 nm, respectively.References
Battistion, G.A., Gerbasi, R., Porchia, M., & Marigo, A. (1994). Influence of substrate on structural properties of TiO2 thin films obtained via MOCVD. Thin Solid Films, 239, 186-191.
Borgogno, J. P., Lazarides, B., & Pelletier, E. (1982) Automatic determination of the optical constants of inhomogeneous thin films, Applied Optics, 21, 4020-4029.
Brinker, C. J., & Harrington, M. S. (1981). Sol-gel derived antireflective coatings for silicon. Solar Energy Mater, 5, 159-172.
Cullity, B. D. (2001). Elements of X-Ray Diffraction (3nd ed.), New Jersey, Prentice Hall.
Dobrowolski, J. A., Ho, F.C., & Waldrof, A. (1983). Determination of optical constants of thin film coating materials based on inverse systhesis, Applied Optics, 22, 3191-3200.
Fukushima, A., Hashimoto, K., & Watanabe, T. (1999). TiO Photocatalys-is-Fundamentals and Applications. Tokyo: BKC, Inc.
Gonzalez-Leal, J. -M., Prieto-Alcon, R., Angel, J. -A., Minkov, D. A., & Marquez, E. (2002). Influence of Substrate Absorption on the Optical and Geometrical Characterization of Thin Dielectric Films, Applied Optics, 41, 7300-7308.
Kim, H. J., Cho, Y. J., Cho, H.M., Chegal, W., Lee, Y. W., & Kim, S.Y. (2004). Determination of optical properties of titanium dioxde thin films on different substrates by using spectroscopic ellipsometry. Proceeding of SPIE, 5538, 165-171.
Leinen, D., Fernandez, A., Espinos, J. P., Belderrain, T. R., & Gonzalez-Elipe, A. R. (1994). Ion beam induced chemical vapor deposition for the preparation of thin film oxides. Thin Solid Films, 241, 198-201.
Lobl, P., Huppertz, M., & Mergel, D. (1994). Nucleation and growth in TiO2 films prepared by sputtering and evaporation. Thin Solid Films, 251, 72-79.
