[發明專利]一種具有(004)晶面擇優的二氧化鈦薄膜材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610280115.X
• 申請日: 2016-04-28
• 公開（公告）號: CN107326335B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 丁萬昱;劉金東
• 申請（專利權）人: 大連交通大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/08;C23C14/58
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李馨

本發明涉及一種具有(004)晶面擇優的二氧化鈦薄膜材料的制備方法，屬于表面加工、涂層領域。所述制備方法包括如下步驟：①利用磁控濺射的方法得到非晶二氧化鈦薄膜材料，所述磁控濺射的功率密度為0.8?3.3W/cm²；②將非晶二氧化鈦薄膜材料400?600℃退火得到具有(004)晶面擇優的銳鈦礦相多晶結構的二氧化鈦薄膜材料。本發明有益效果為：通過控制磁控濺射過程中鈦靶表面磁控濺射的功率密度，得到具有不同晶體結構和擇優取向的二氧化鈦薄膜材料，實現二氧化鈦薄膜材料晶體結構和擇優取向的可調控。

技術領域

本發明涉及一種具有(004)晶面擇優的二氧化鈦薄膜材料的制備方法，屬于表面加工、涂層領域。

背景技術

TiO₂薄膜材料是一類重要的n型半導體功能材料，在光電轉換領域有重要的應用，如太陽能電池光陽極、光催化劑和光電傳感器等。近年來，TiO₂薄膜材料制備過程中對TiO₂晶體結構和擇優取向的控制越來越引起人們的關注，如非晶結構TiO₂薄膜材料、無擇優銳鈦礦相多晶結構TiO₂薄膜材料、(004)晶面擇優的銳鈦礦相多晶結構TiO₂薄膜材料等。TiO₂薄膜材料在光電轉換領域應用時一般作為基底材料，應具有致密的層狀結構，因此磁控濺射方法成為制備層狀TiO₂薄膜材料的最佳方法。然后，由于普通磁控濺射方法在制備TiO₂薄膜材料過程中，只能生長出非晶結構TiO₂薄膜材料或無擇優銳鈦礦相多晶結構TiO₂薄膜材料，即使通過對制備的TiO₂薄膜材料進行后期退火處理，也難以獲得具有(004)晶面擇優的銳鈦礦相多晶結構TiO₂薄膜材料。

目前，制備具有(004)晶面擇優的銳鈦礦相多晶結構TiO₂薄膜材料的方法均存在一些不足之處，如：現有技術中在制備TiO₂薄膜材料的過程中均需向外界排放含有Cl、F、CO₂、SO₂、NO₂等有害氣體的尾氣，造成環境污染；制備的TiO₂薄膜材料致密性低，表面粗糙度大，薄膜與基底結合力差；在制備TiO₂薄膜材料的過程中，均需進行高溫熱處理，存在耗時長、效率低等問題。

發明內容

本發明利用磁控濺射的方法制備非晶二氧化鈦薄膜材料，經退火以實現二氧化鈦薄膜材料晶體結構和擇優取向的可控，解決了上述問題。

本發明提供了一種具有(004)晶面擇優的二氧化鈦薄膜材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

①利用磁控濺射的方法得到非晶二氧化鈦薄膜材料，所述磁控濺射的功率密度為0.8-3.3W/cm²；

②將非晶二氧化鈦薄膜材料400-600℃退火得到具有(004)晶面擇優的銳鈦礦相多晶結構的二氧化鈦薄膜材料。

本發明所述磁控濺射的溫度優選為室溫。

本發明所述磁控濺射的靶材優選為高純金屬鈦靶。

本發明所述磁控濺射的靶材優選為高純金屬鈦靶。

本發明所述非晶二氧化鈦薄膜材料的厚度優選為大于100nm。

本發明所述退火時間優選為30-60min。

本發明有益效果為：

①本發明通過控制磁控濺射過程中鈦靶表面磁控濺射的功率密度，得到具有不同晶體結構和擇優取向的二氧化鈦薄膜材料，實現二氧化鈦薄膜材料晶體結構和擇優取向的可調控。

②本發明磁控濺射的工作氣體為高純氬和氧，對環境無污染。