Optical spectroscopy of plasma plume induced by pulsed laser deposition of TiO thin films

TiO薄膜のパルス・レーザー蒸着によって誘起したプラズマ柱の光学分光学

北澤 真一; 山本 春也

Kitazawa, Shinichi; Yamamoto, Shunya

減圧酸素雰囲気下のTi及びTiOターゲットに高出力パルスレーザー光を照射し、発生した蒸気を堆積させて単結晶TiO薄膜を作製する(パルスレーザー蒸着法)。このときに発生する(Ti蒸気の)プラズマ柱の可視領域の発光を分光解析し、プラズマ柱の構成分子がTiO単結晶膜の結晶構造に与える影響を調べた。その結果、発生するプラズマ内には、TiばかりでなくTiOが含まれていることがわかった。ターゲットがTiの場合には酸素の分圧に比例してTiOが増加したが、ターゲットがTiOの場合には、比例関係が失われた。得られたTiO単結晶膜のX線解析を行って結晶構造を調べた結果、その結晶構造とTiO分子数との間には関係があることがわかった。

The epitaxial growth of high quality TiO films has attracted much interest from the viewpoints of basic science and applications. In the synthesis process of TiO films, the pulsed laser deposition (PLD) method is widely employed because of its advantage for materials with high melting point. The laser irradiation generates plasmas from Ti bulk targets, and the evaporated Ti particles have interactions with buffer dioxide gas before/after the epitaxial growth. We observed the optical emission spectra from the plumes generated by laser ablation in order to improve on the epitaxial growth under proper conditions. The spectra show dependences of energy densities and wavelengths of the laser. The spectra are investigated for relevancies to the quality of films and crystallographic relationships that were assessed by x-ray diffraction, x-ray pole figures and Rutherford backscattering spectroscopy.