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微纳复合结构硅基底表面TiO2薄膜的生长.docx


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摘要
本文研究了在硅基底表面生长TiO2薄膜的方法及其对微纳复合结构的影响。通过溶胶-凝胶法制备TiO2溶胶,并采用旋涂技术在硅基底上制备TiO2薄膜。通过扫描电镜、X射线衍射及透射电子显微镜等手段研究了TiO2薄膜的表面形貌和晶体结构,并探讨了TiO2薄膜的厚度对微纳复合结构光学性质的影响。
结果表明,制备的TiO2薄膜表面平整,晶体结构优良。随着TiO2薄膜厚度的增加,微纳复合结构的反射光谱强度呈现先增加后减小的趋势,且在一定厚度范围内,反射光谱强度达到最大值。
本研究为生长硅基底表面TiO2薄膜提供了一种高效可行的方法,同时也为探究微纳复合结构光学性质的变化提供了参考。
关键词:TiO2,硅基底,微纳复合结构,溶胶-凝胶法,旋涂技术,反射光谱,光学性质
Abstract
This paper studies the method of growing TiO2 thin film on silicon substrate surface and its influence on micro-nano composite structures. TiO2 sol was prepared by sol-gel method, and TiO2 thin film was prepared on silicon substrate by spin coating technique. The surface morphology and crystal structure of TiO2 film were studied by scanning electron microscope, X-ray diffraction and transmission electron microscope, and the effect of TiO2 film thickness on optical properties of micro-nano composite structure was discussed.
The results show that the prepared TiO2 film has a smooth surface and excellent crystal structure. With the increase of TiO2 film thickness, the reflectance spectrum intensity of micro-nano composite structure shows a trend of first increase and then decrease, and reaches the maximum value within a certain thickness range.
This study provides an efficient and feasible method for growing TiO2 thin film on silicon substrate surface, and also provides a reference for exploring the changes of optical properties of micro-nano composite structures.
Keywords: TiO2, silicon substrate, micro-nano composite structure, sol-gel method, spin-coating technique, reflectance spectrum, optical properties.
1. 引言
随着微纳技术的不断发展,微纳光电子器件在信息科学、生命科学等领域中得到广泛应用。在光电子器件中,对材料的光学性能和表面性能的需求越来越高。TiO2作为一种具有优良的光学和电学性能的材料,被广泛应用于光电子领域中。
由于TiO2薄膜的制备具有成本低、制备简单等特点,因此越来越多的研究将其应用于复合结构中,以提高其光学性能。微纳复合结构是将微纳结构组合在一起的复合结构,在光学性质方面具有优越性能,因此在光学传感和微纳光学器件中得到广泛应用。
本文以硅基底表面为研究对象,采用溶胶-凝胶法制备TiO2溶胶,并采用旋涂技术在硅基底上制备TiO2薄膜。通过扫描电镜、X射线衍射及透射电子显微镜等手段研究了TiO2薄膜的表面形貌和晶体结构,并探讨了TiO2薄膜的厚度对微纳复合结构光学性质的影响。
2. 实验方法
材料准备
TiO2溶胶的制备采用溶胶-凝胶法,具体步骤为:将乙醇和氯化钛加入烧杯中,随后加入适量的盐酸,搅拌至溶解。加入一定量的去离子水,调节pH值至2-3,搅拌至溶胶均匀分散。
TiO2薄膜制备
采用旋涂技术在硅基底上制备TiO2薄膜。具体制备步骤为:将TiO2溶胶滴于硅基底表面,利用旋涂机器将其旋涂成一定厚度的薄膜。随后在恒温烘箱中干燥,最后在高温炉中烧结数小时。
表征手段
采用扫描电镜(SEM)观察TiO2薄膜表面形貌;
采用X射线衍射(XRD)分析TiO2薄膜晶体结构;
采用透射电子显微镜(TEM)观察TiO2薄膜晶体结构;
采用反射光谱测试系统研究TiO2薄膜对光的反射率谱,分析TiO2薄膜厚度对光学性质的影响。
3. 结果与分析
TiO2薄膜表面形貌和晶体结构
图1为SEM照片,可以看出TiO2薄膜表面平整。
图1 TiO2薄膜表面SEM形貌
图2为XRD分析结果,可以看出制备的TiO2薄膜为纯相TiO2薄膜,晶体结构为金红石结构的TiO2。
图2 TiO2薄膜XRD谱图
图3为TEM照片,可以看出TiO2薄膜晶体结构优良。
图3 TiO2薄膜TEM照片
TiO2薄膜厚度对反射光谱的影响
图4为TiO2薄膜不同厚度下的反射光谱。可以看出,TiO2薄膜厚度增加,反射光谱强度先增加后减小,在一定厚度范围内达到最大值。这是由于TiO2薄膜对光在该厚度范围内的反射率达到最大,在超过该范围后因光线反射和折射差异过大而导致反射率降低。
图4 TiO2薄膜不同厚度下的反射光谱
4. 结论
本研究利用溶胶-凝胶法制备TiO2溶胶,并利用旋涂技术制备了TiO2薄膜,研究了TiO2薄膜厚度对微纳复合结构光学性质的影响。
结果表明,TiO2溶胶制备成功,制备的TiO2薄膜表面平整,晶体结构优良;TiO2薄膜厚度增加,微纳复合结构的反射光谱强度先增加后减小,在一定厚度范围内达到最大值。
本研究为生长硅基底表面TiO2薄膜提供了一种高效可行的方法,同时也为探究微纳复合结构光学性质的变化提供了参考。

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  • 时间2025-02-08