A Study of TiO2 Thin Films Prepared by Ion-Assisted Electron-Beam Evaporation

การศึกษาฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์โดยการเตรียมด้วยวิธีการระเหยสารแบบใช้ไอออนช่วย

Name: Pitak Eiamchai

Organization : King Mongkut's University of Technology Thonburi. Faculty of Science. Physics

Name: พิทักษ์ เอี่ยมชัย

Organization : มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. คณะวิทยาศาสตร์. สาขาวิชาฟิสิกส์

keyword: TiO2

; Electron-Beam Evaporation

; XRD

; Ellipsometry

; ไททาเนียมไดออกไซด์

; การระเหยสารด้วยลำอิเล็กตรอน

; การเคลือบแบบไอออนช่วย

; เอ็กซ์เรย์ดิฟแฟรกชัน

; อิลิพโซเมทรี

Abstract: Titanium dioxide has been widely studied for optically active transmission films due to very high index of refraction, high dielectric constants and transparency across the visible range. In this work, a number of TiO2 thin films were deposited by ion-assisted electron-beam evaporation on glass slide and silicon wafer substrates. The evaporator was equipped with a 10-kW electron gun, a cold cathode ion source and an End-Hall ion source. Various deposition parameters included substrate temperature, deposition rate, oxygen flow rate and nominal film thickness. The as-deposited (ASD) films were annealed at 300?, 400?, 500?, 600? and 700?C for 3 hours in air atmosphere. The effects of deposition parameters, as well as annealing temperature, on structural and optical properties of the films have been studied. The crystalline structures of ASD and annealed films were characterized by X-ray diffractometer (XRD). The optical properties of the films were also characterized by spectrophotometer and variable-angle spectroscopic ellipsometer (VASE). Two categories of the films were thoroughly discussed: the thickness-varying TiO2 films and the oxygen-varying TiO2 films. The XRD measurements demonstrated that, ASD films were observed as amorphous structure. Annealing treatment on the thickness-varying films, however, resulted in amorphous-to-anatase phase transition with the preferred orientation of A(101). Annealing on the oxygen-varying films resulted in amorphous- and anatase-to-rutile phase transitions with the preferred orientation of A(101) and R(101). Phase transition temperatures were found at 300?C and 500?C for anatase and rutile structures, respectively.The spectrophotoscopic measurements were conducted in order to determine the luminous transmittance percentage of the films. The VASE measurements were also conducted in order to determine the optical constants. It has been found that, the annealing temperature introduced increases in transmission and optical constants across the visible range. On average, the best optical properties were obtained at 400?C and 500?C annealing for the thickness-varying and the oxygen-varying films, respectively.

Abstract: ไททาเนียมไดออกไซด์เป็นสารที่ได้ความนิยมอย่างกว้างขวางในการศึกษาวิจัยฟิล์มบางโปร่งใส อันเนื่องมาจากสมบัติการมีค่าดัชนีหักเหสูง มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูง และยังมีความโปร่งใสโดยเฉพาะในช่วงที่ตามองเห็น สำหรับงานวิจัยนี้ มีการจัดเตรียมฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์ขึ้นด้วยวิธีการระเหยสารด้วยลำแสงอิเล็กตรอนแบบใช้ไอออนช่วย ด้วยเครื่องเคลือบฟิล์มบางในระบบสุญญากาศที่มีแหล่งกำเนิดลำอิเล็กตรอนขนาด 10 กิโลวัตต์ รวมทั้งแหล่งกำเนิดไอออนแบบขั้วแคโทดเย็น (Cold cathode) และแหล่งกำเนิดไอออนแบบเอ็นด์ฮอล (End-Hall) ผลิตพลาสมาที่ประกอบด้วยไอออนและเรดิคอลของออกซิเจนพุ่งเข้าหาแผ่นรองรับขณะทำการเคลือบฟิล์ม การเคลือบฟิล์มบาง มีค่าคงที่ และตัวแปรต่าง ๆ ที่สนใจ ได้แก่ อุณหภูมิแผ่นรองรับ อัตราการเคลือบสาร อัตราการไหลของก๊าซออกซิเจนแผ่นแหล่งกำเนิดไอออน และความหนาของฟิล์ม ตัวอย่างฟิล์มที่ได้จะถูกนำไปอบที่อุณหภูมิต่าง ๆ กัน คือ 300?, 400?, 500?, 600? and 700?C เป็นเวลา 3 ชั่วโมงในระบบบรรยากาศปกติ การศึกษาผลของตัวแปรต่าง ๆ ที่ใช้ในการเคลือบ รวมทั้งผลของอุณหภูมิในการอบฟิล์ม มุ่งความสนใจไปที่สมบัติทางโครงสร้างจุลภาค เฟส องค์ประกอบ และสมบัติทางแสงต่าง ๆ ของฟิล์ม ทั้งนี้โครงสร้างของฟิล์มทั้งก่อนและหลังการอบ จะทำการศึกษาโดยเครื่อง X-Ray Diffractometer สำหรับสมบัติทางแสงของฟิล์มนั้น จะทำการวิเคราะห์ด้วยเครื่อง Spectrophotometer และ Variable-angle spectroscopic ellipsometer สำหรับการวิเคราะห์ตัวอย่างฟิล์มบางไททาเนียมได ออกไซด์ที่สนใจจะแบ่งเป็น 2 กลุ่มใหญ่ ได้แก่ ฟิล์มที่เคลือบ ณ ความหนาต่าง ๆ กัน และ ฟิล์มที่เคลือบ ณ อัตราการไหลของก๊าซออกซิเจนต่าง ๆ กันผลการวัดด้วยวิธีการเลี้ยวเบนของลำแสง X-Ray (XRD) พบว่าฟิล์มทั้งหมดก่อนการอบมีโครงสร้างแบบอสัณฐาน ในขณะที่การอบฟิล์มชนิดต่างความหนาส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนโครงสร้างเฟสจาก อสัณฐานไปเป็นอนาเทส โดยพบว่าโครงสร้างอนาเทสที่พบมากที่สุดเป็น A(101) การอบฟิล์มในกลุ่มต่างอัตราการไหลของออกซิเจน ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนโครงสร้างเฟสจากอสัณฐานไปเป็นอนาเทสและรูทีล โดยพบว่าโครงสร้างอนาเทสพบมากที่สุดเป็น A(101) และโครงสร้างรูทีลที่พบมากที่สุดเป็น R(101) นอกจากนี้ อุณหภูมิที่มีผลต่อการเปลี่ยนเฟสจากอสัณฐานไปเป็นอนาเทสและรูทีลคือที่ 300?C และ 500?C การวัดตัวอย่างฟิล์มบนกระจกสไลด์ด้วยวิธี spectrophotoscopy เป็นการหาค่าเฉลี่ยเปอร์เซ็นต์การส่องผ่านของแสงในช่วงที่ตามองเห็น นอกจากนี้ การวัดตัวอย่างฟิล์มด้วยวิธี ellipsometry เป็นการ หาค่าคงที่ดัชนีหักเหที่สนใจ พบว่า การอบฟิล์มที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น ส่งผลให้เกิดการส่งผ่านของแสงได้ดีขึ้น รวมทั้งค่าคงที่ดัชนีหักเหที่มากขึ้นไปด้วย สำหรับตัวอย่างฟิล์มไททาเนียมไดออกไซด์ที่มีสมบัติทางแสงที่ดีที่สุดนั้น ควรอบที่ 400?C ในกลุ่มฟิล์มที่เคลือบต่างความหนากัน และควรอบที่ 500?Cในกลุ่มฟิล์มที่เคลือบในอัตราการไหลของออกซิเจนต่าง ๆ กัน

King Mongkut's University of Technology Thonburi

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Pichet Limsuwan

Role: Advisor

Name: พิเชษฐ ลิ้มสุวรรณ

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Created: 2005

Modified: 2013-01-16

Issued: 2008-07-11

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

text/plain

ISBN: 9741849206

CallNumber: PHY386

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's Degree

Descipline: Physics

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

©copyrights King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	PHY386.pdf	2.13 MB	220	2024-10-28 13:52:07
2	PHY386ab.pdf	479.23 KB	88	2019-05-22 11:38:45
3	PHY386aben.txt	2.42 KB	58	2018-05-10 19:30:19
4	PHY386abth.txt	2.92 KB	33	2018-05-10 19:30:19

ใช้เวลา

0.042529 วินาที