การศึกษาฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์โดยการเตรียมด้วยวิธี ดีซีรีแอคทีฟ แมกนีตรอน สปัตเตอริง

A Study of TiO2 Thin Films Prepared by DC Reactive Magnetron Sputtering

Name: มติ ห่อประทุม

Organization : มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. คณะวิทยาศาสตร์. สาขาวิชาฟิสิกส์

Name: Mati Horprathum

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

keyword: ไททาเนียมไดออกไซด์

; ดีซี รีแอคทีฟ แมกนีตรอน สปัตเตอริง

; การเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์

; สเปกโตรสโคปิคอีลิปโซเมทรี

; TiO2

; DC Reactive Magnetron Sputtering

; XRD

; Spectroscopic Ellipsometry

Abstract: ไททาเนียมไดออกไซด์เป็นสารที่ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางในการศึกษาวิจัยฟิล์มบางโปร่งใส อันเนื่องมาจากสมบัติการมีค่าดัชนีหักเหสูง มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูง และยังมีความโปร่งใสในช่วงตา มองเห็น ในงานวิจัยได้ทำการเตรียมฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์ด้วยวิธี ดีซี รีแอคทีฟ แมกนี- ตรอน สปัตเตอริง โดยทำการศึกษาตัวแปรต่างๆที่สนใจ ได้แก่ อัตราการไหลของแก๊สออกซิเจนที่ให้ ในขณะทำการเคลือบ ความหนาของฟิล์ม อุณหภูมิที่ใช้ในการอบฟิล์ม โดยทำการศึกษาค่าคงที่แสง ของฟิล์มด้วยเครื่องสเปกโตรอีลิปโซมิเตอร์ (SE) วัดเปอร์เซ็นต์การส่องผ่านจากเครื่องสเปกโตรโฟโต มิเตอร์ วิเคราะห์โครงสร้างด้วยเครื่องวัดการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์ (XRD) วัดความขรุขระพื้นผิวด้วย เครื่องAFM (atomic force microscopic) และวัดสภาพชอบน้ำด้วยเครื่อง Contact angle goniometer ฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์ที่มีความหนา 322 นาโนเมตร เมื่อให้อัตราการไหลของแก๊ส ออกซิเจนเท่ากับ 8 sccm จะสามารถแสดงสมบัติทางผลึกได้ดีที่สุด โดยฟิล์มไททาเนียมไดออกไซด์ที่ ให้อัตราการไหลออกซิเจนเท่ากับ 8 sccm มีความหนา 80-340 นาโนเมตร พบว่าฟิล์มบางไททาเนียม ไดออกไซด์ที่มีความหนา 80-135 นาโนเมตร จะมีการจัดเรียงโครงสร้างแบบอสัณฐาน เมื่อฟิล์มมี ความหนาเพิ่มมากขึ้นจะสามารถแสดงสมบัติทางผลึกเฟสอนาเทสได้ ฟิล์มที่มีความหนา 340 นาโน เมตร สามารถแสดงสมบัติทางแสงได้ดีที่สุดมีค่าดัชนีหักเหเท่ากับ 2.55 ที่ความยาวคลื่นเท่า 550 นาโน เมตร และมีเปอร์เซ็นต์การส่องผ่านเฉลี่ยช่วงตามองเห็นเท่ากับ 70% มีค่าช่องว่างพลังงานเท่ากับ 3.10 อิเล็กตรอนโวลต์ เมื่อทำการวิเคราะห์ความขรุขระที่พื้นผิวพบว่าความหนาของฟิล์มมากขึ้นความ ขรุขระก็จะมากขึ้น ในการวัดการกลับคืนสภาพชอบน้ำของฟิล์มไททาเนียมไดออกไซด์ที่มีความหนา 310 นาโนเมตร พบว่าหลังจากทำการฉายรังสีอัลตราไวโอเลตช่วงความยาวคลื่น 320-390 นาโนเมตร (UV-A) มุมสัมผัสของหยดน้ำกับแผ่นรองรับมีค่าเท่ากับ 7.5 องศา เมื่อทำการอบฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์ความหนา 75 นาโนเมตร ซึ่งมีโครงสร้างแบบอสัณฐาน พบว่าเมื่ออุณหภูมิในการอบเท่ากับ 300 องศาเซลเซียส ฟิล์มสามารถเปลี่ยนโครงสร้างจากอสัณฐาน เป็นโครงสร้างผลึกในเฟสอนาเทส เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเท่ากับ 500 องศาเซลเซียส ฟิล์มจะเริ่มมีการ แสดงการจัดเรียงตัวแบบรูไทล์ โดยมีค่าดัชนีหักเหเท่ากับ 2.5 และมีค่าช่องว่างพลังงานเท่ากับ 3.02 อิเล็กตรอนโวลต์

Abstract: Titanium dioxide has been widely studied for transparent thin films, due to its high index of refraction, high dielectric constants and transparency in the visible region. In this work, TiO2 thin films were prepared by DC reactive magnetron sputtering. Several deposition parameters were interested, i.e., oxygen flow rate, film thickness and annealing temperature. The films have been measured by spectroscopic ellipsometer (SE) for optical constants, by spectrophotometer for optical transmission, by x-ray diffractometer for structural properties, by atomic force microscope for surface roughness and by contact angle goniometer for hydrophilicity. In the study of oxygen dependency for the TiO2 films thickness of 322 nm, the films deposited at 8- sccm oxygen flow rate exhibited the best crystalline structure. Hence, thickness-varying TiO2 film conditions were prepared at 80-340 nm with 8-sccm oxygen flow rate. The films of 80-135 nm were amorphous. An increase in final thickness resulted in anatase-phase structured films. At 340 nm, the films with thickness of 340 nm demonstrated the best optical properties with effective refractive index of 2.55, the luminous transmittance percentage of 70% and the energy band gap of 3.10 eV. Moreover, it has been discovered that, an increase in the thickness also resulted in surface roughness. For hydrophilicity, the film of 322 nm has 7.5(deg) contact angle after exposure to UV-A. The amorphous film of 75 nm nominal thickness was chosen and annealed at different temperatures. The film annealed at 300?C showed a phase transition from amorphous to anatase phase. At 500?C, the film started to demonstrate rutile phase structure with effective refractive index of 2.55 and the enegy band gap of 3.02 eV.

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

Address: กรุงเทพมหานคร

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

Name: พิเชษฐ ลิ้มสุวรรณ

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Name: Pichet Limsuwan

Role: Advisor

Created: 2548

Modified: 2556-01-16

Issued: 2551-09-29

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

text/plain

ISBN: 9741849109

CallNumber: PHY388

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: ฟิสิกส์

Grantor: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	PHY388.pdf	2.93 MB	390	2025-10-08 17:36:04
2	PHY388ab.pdf	614.63 KB	129	2020-03-03 17:18:43

ใช้เวลา

0.038628 วินาที