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