Abstract
本實驗係以旋鍍法(Spin-Coating)溶凝膠法製備二氧化鈦薄膜. 溶液的組成以溶質: 烷氧化鈦(isopropyl titanate), 溶劑 :2- 甲基氧乙醇(2-methoxyethanol); 交鏈劑:乙二醇(ethylene glycol) 為主, 嘗試改變不同比例的陽離子, 水及硝酸含量來決定適當的溶膠(Sol) 組成. 及嘗試在尋得的適當溶膠組成中, 添加微量 (1 mole%)的鈮. 鉛元素, 來觀察陽離子的改變, 對溶膠性質的影響.最後,再以旋鍍法(Spin-Coating)鍍膜於不同底材上, 經熱處理條件的改變, 來探討膠膜的結晶行為及微觀結構.實驗結果發現:(I)溶液化學方面: 交鏈劑乙二醇具有穩定溶膠, 避免顆粒析出作用外, 更會促進溶膠的膠化速率及熱處理時 rutile相的提早出現.同時, 溶膠中陽離子(Ti4+)濃度及水含量, 會跟硝酸含量有類似正比的關係存在. 即硝酸具有穩定溶膠,抑制水解的作用. 至於鈮, 鉛元素的添加, 由於改變溶膠的化學性質, 因此有緩慢二氧化鈦anatase 相變態成rutile相的行為. (II)鍍膜方面: 膠膜在不同底材上經熱處理後, 其結晶行為及微觀結構會有很大的差異. 例如在矽晶底材上, 結晶膜因二氧化鈦在高溫具有高成長動力行為的關係, 而呈現明顯的異常程長現象 ; 在白金底材(Pt/Ti/SiO2/Si),有白金擴散至膜表面的現象; 在二氧化矽底材上(SiO2/Si),則呈anatase 相為主的多孔結構; 在鈦底材上(Ti/SiO2/Si), 則呈[101]及[200]優選方向的rutile相結晶膜. 至於熱處理升溫速率及持溫時間改變上, 發現持溫時間的長短對相的改變並無影響, 反而是升溫速率的改變影響較大.最後, 由膜厚的改變, 發現由於受底材影響程度的不同, 使得厚膜由 anatase相變態至rutile相較容易, 而且有晶粒異常成長現象的發生.