Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

Lösungen
L43: XPS-Untersuchungen an Titanoxid-Schichten
L43: XPS-Untersuchungen an
Titanoxid-Schichten
Titanoxid (TiO 2 ) weist neben guten dielektrischen
Eigenschaften (ε r ~ 100) auch einen hohen
Brechungsindex von ca. 2,5 auf. Da sich TiO 2 außerdem
mit dem PLD(Pulsed Laser Deposition)-
Verfahren i. A. sehr gut reaktiv abscheiden lässt,
ist es für hochreflektierende optische Vielschichtsysteme
ein aussichtsreicher Kandidat als Schichtmaterial
mit hohem Brechungsindex.
Sauerstofffluss während des reaktiven PLD-Prozesses
eine stabilere TiO 2 -Schicht erzeugt. Der relative
Anteil des durch Sputtern reduzierten Titans ist bei
höherem Sauerstofffluss geringer (s. Abb. 3).
Alexander Fian
JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH
Institut für Nanostrukturierte Materialien und Photonik
Die lichtmikroskopische Auswertung von mittels
PLD hergestellten Proben ergibt tendenziell geringer
Schichtdefekte (Droplets, Partikel) für niedrigere
Laserstrahlungs-Intensitäten bei der Verdampfung
(Abb. 1). Durch Variation des O 2 -Flusses während
der reaktiven Abscheidung ist nur ein geringer Einfluss
auf die Schichtqualität erreichbar.
Für die XPS-Messungen mussten die Proben
vor der Messung durch Sputtern gereinigt werden.
Es zeigten sich unterschiedlich starke Verunreinigungen
der Schichten, die sich ohne Reinigung
bei der quantitativen XPS-Analyse stark auswirken
würden. Die Peakposition des Ti-2p-Dubletts bei
den ungereinigten Proben entspricht jedoch mit
einem „chemical shift“ von 4,8 eV im Vergleich zum
metallischen Peak genau jener des TiO 2 (s. Abb. 2).
Die Sputterreinigung der TiO x -Schichten vor der
XPS-Messung zeigte eine deutliche Reduktion des
Materials (präferentielles Sputtern von Sauerstoff).
Zum direkten Vergleich wurden die verschiedenen
Proben gleich lange (20 Minuten) mit einer Sputterenergie
von 500 eV von Kohlenstoffverunreinigungen
befreit. Hier zeigt es sich, dass ein höherer
Abbildung 1:
Lichtmikroskopische Aufnahmen
der durch Verdampfung aus einem
metallischen Titan-Target bei 5 sccm
(a,c,e) bzw. 30 sccm (b,d,f) O 2 -Gasfluss
und variierender Leistungsdichte des
1064 nm Laserstrahls auf dem Target
abgeschiedene TiO x -Schichten (Beschichtungsdauer:
45 min). Die Leistungsdichte
wird durch die Fokuslage
des Laserstrahls beschrieben, wobei
kleine Abstände des Fokuspunkts des
Laserstrahls hohe Leistungsdichten
repräsentieren: (a,b) 8 cm, (c,d) 12 cm
und (e,f) 24 cm.
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Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005