采用直流反应磁控溅射法在玻璃衬底上制备TiO2薄膜。用紫外-可见光分光光度计和AFM分别表征了薄膜的透射率和表面形貌,用包络线法详细研究了不同衬底温度下TiO2薄膜的光学特性。结果表明:薄膜在可见光波段有很高的透明度,且随着衬底温度的升高,薄膜的透射率略有增加,薄膜的折射率和吸收系数增大,薄膜的光学带隙减小;同时,薄膜表面粗糙度减小,薄膜变得平整。
### 磁控溅射制备TiO2薄膜及其光学特性研究
#### 一、引言
TiO2薄膜作为一种重要的半导体材料，在多种领域中展现出卓越的应用价值，例如作为减反射膜、保护涂层、光波导、光催化、防雾玻璃等。近年来，由于其在提高硅太阳能电池光电转换效率方面的潜力，TiO2薄膜成为了研究热点之一。本文将重点探讨通过直流反应磁控溅射法制备TiO2薄膜的过程及其光学特性的变化。
#### 二、TiO2薄膜的制备方法及优势
TiO2薄膜可通过多种方式制备，包括但不限于溶胶-凝胶法、金属有机物化学气相沉积法、离子束辅助沉积法和磁控溅射法。其中，磁控溅射法因其以下优势而在实际应用中备受青睐：
- **沉积温度低**：相比于其他方法，磁控溅射可以在较低的温度下进行，这有助于减少基底材料因高温导致的变形或损伤。
- **薄膜附着性好**：磁控溅射制备的薄膜与基底之间的结合力较强，不易脱落。
- **膜厚均匀**：此方法能够有效控制薄膜的厚度分布，确保薄膜在整个基底上的均匀性。
- **易于控制厚度和化学计量比**：通过对工艺参数的调整，可以精确控制薄膜的厚度及其化学组成比例，适合于大规模生产。
#### 三、实验部分
本研究采用直流反应磁控溅射法在玻璃基底上制备TiO2薄膜。实验过程中，通过改变衬底温度来观察其对薄膜光学特性的影响。具体而言，利用紫外-可见光分光光度计对薄膜的透射率进行测量，并通过原子力显微镜(AFM)对薄膜表面形貌进行分析。
#### 四、光学特性分析
- **透射率**：TiO2薄膜在可见光波段具有较高的透明度，随着衬底温度的升高，薄膜的透射率呈现轻微增长的趋势。
- **折射率与吸收系数**：薄膜的折射率和吸收系数随衬底温度的上升而增加。折射率的提升对于制造高性能光学元件至关重要，而吸收系数的变化则直接影响到薄膜的光学透明度。
- **光学带隙**：随着衬底温度的升高，TiO2薄膜的光学带隙呈现出减小的趋势。光学带隙是衡量材料吸收光的能力的一个重要指标，其大小直接影响到材料在光电器件中的应用范围。
#### 五、表面形貌分析
通过AFM对TiO2薄膜的表面形貌进行分析，结果显示随着衬底温度的升高，薄膜表面的粗糙度减小，薄膜表面变得更加平整。这一现象对于提高薄膜的光学性能具有重要意义，因为平坦的表面有助于改善薄膜的光学均匀性，从而提高其透射率和折射率的一致性。
#### 六、结论
通过直流反应磁控溅射法制备的TiO2薄膜在可见光波段表现出较高的透明度。随着衬底温度的升高，薄膜的透射率、折射率和吸收系数均有所增加，而光学带隙则相应减小。此外，薄膜表面的粗糙度降低，表面更加平整。这些特性使得TiO2薄膜成为一种极具应用潜力的材料，特别是在提高硅太阳能电池光电转换效率方面具有广阔的前景。未来的研究可进一步探索不同工艺条件下的薄膜性能优化，以满足更广泛的应用需求。
