Characterization of epitaxial TiO films prepared by pulsed laser deposition
レーザ蒸着法により作製したエピタキシャルTiO膜の構造評価
山本 春也; 住田 泰史; 八巻 徹也; 宮下 敦巳; 楢本 洋
Yamamoto, Shunya; Sumita, Taishi; Yamaki, Tetsuya; Miyashita, Atsumi; Naramoto, Hiroshi
二酸化チタン(TiO)は優れた光触媒材料であり、触媒特性の大幅な向上にはルチル及びアナターゼ構造の高品質なエピタキシャル膜の作製が必要とされている。本研究では、レーザ蒸着法によりTiOのエピタキシャル成長を試み、種々の基板と膜との結晶方位関係,基板温度と膜の結晶性の関係を明らかにすることを目的とした。TiO薄膜試料は、低圧酸素雰囲気下でエキシマレーザ(ArF 193nm)を用いたレーザ蒸着法によりLaAlO,LSAT,SrTiO,YSZ, -AlOなどの単結晶基板上に約200nmの膜厚で作製した。TiO薄膜は、X線回折とラザフォード後方散乱/チャネリング法により構造評価を行った。その結果、基板温度が約500C以上でアナターゼ構造の高品質なエピタキシャルTiO(001)膜がLaAlO(001), LSAT(001), SrTiO(001)基板上に得られ、また、-AlO(0001)及び(01-01)基板上には各々ルチル構造のTiO(100)及びTiO(001)膜が得られた。さらに光学的バンドギャップを評価し、アナターゼTiO(001)膜で3.22eV,ルチルTiO(100)膜で3.11eVの値を得た。
The epitaxial growth of TiO films has attracted much interest from the viewpoints of basic science and applications. In the present study, it is shown that TiO films with anatase or rutile structure can be grown by pulsed laser deposition(PLD) with an ArF excimer laser under the controlled O atmosphere. The TiO films were prepared on the LaAlO, LSAT SrTiO and -AlO single crystal substrates. The epitaxial films were analyzed by RBS and X-ray diffraction for investigating the crystallographic relationships with the substrates. The high quality anatase TiO(001) films have been successfully grown on the LaAlO (001), LSAT (001) and SrTiO (001) substrates at temperatures above 500C. Also the high quality rutile TiO(100) and (001) films were obtained on the -AlO (0001) and (10-10), respectively.The optical properties were characterized by optical absorption measurements. The optical band gaps for anatase and rutile TiO epitaxial films were evaluated to be 3.22 eV and 3.11 eV, respectively.