optical spectroscopy of ablation plume for preparations of nanostructured TiO thin films by pulsed laser deposition

パルス・レーザー堆積法によるナノ構造を持つ二酸化チタン薄膜作成のアブレーション・プルームのその場光学分光

北澤 真一

Kitazawa, Shinichi

パルス・レーザー蒸着法により、表面にナノ構造を持つ二酸化チタン薄膜を、酸素雰囲気中でサファイア基板上に作製した。アブレーション・プラズマ状態や薄膜の結晶性・表面形状等に対する影響評価を、雰囲気酸素圧力080Paの範囲で調べた。アブレーション・プルームのスペクトルの変化を調べ、原子状のチタンと酸素から酸化チタン分子が生成することを確認した。蒸着した薄膜の表面形状の走査型電子顕微鏡や原子間力顕微鏡での観察により、飛行中に二酸化チタンのナノ粒子を形成されたと推定した。X線回折とラマン分光による薄膜の結晶性解析から、雰囲気酸素圧が低いときにはルチル構造のみが生じるが、高くなるとアナターゼ構造も生成することがわかった。

Nanostructured TiO thin films on -AlO (0001) substrates prepared by pulsed laser deposition (PLD) were analyzed and evaluated in terms of the buffer O gas pressure (0 - 80 Pa) dependencies by optical spectroscopy and surface morphology. Optical emission spectra of the ablation plume from Ti and TiO targets were measured in-situ. The contribution from TiO molecules was observed by narrow-band photometry. The surface morphology was observed by an atomic force microscope (AFM), revealing the pressure dependence of nanostructures. The crystallographic structures of prepared TiO thin films were observed by X-ray diffraction (XRD). The optically observed band-gaps of the prepared thin films show that the crystallographic structures are mixed crystals of rutile and anatase. Evaporated Ti particles combine with buffer O gas thereby producing TiO molecules, which affect the formation of nanostructures on TiO thin films.