Atomikerroskasvatuksen lämpötilan vaikutus titaanidioksidin optisiin ominaisuuksiin
Lehtola, Kalle (2022)
2022
Tekniikan ja luonnontieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering and Natural Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2022-05-20
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202205114721
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202205114721
Tiivistelmä
Tässä työssä tutkittiin atomikerroskasvatuksen (engl. atomic layer deposition, ALD) lämpötilan vaikutusta titaanidioksidin optisiin ominaisuuksiin. Tutkittavina näytteinä toimivat ALD-kasvatuksella tehdyt 30 nanometrin titaanidioksidikalvot, joita tutkittiin UV/Vis/NIR-spektrofotometriaa käyttäen. Saaduista transmittanssin ja reflektanssin arvoista pystyttiin laskemaan näytteen energiarako, joka on puolijohteilla yksi merkittävimmistä ominaisuuksista. Laskemisessa käytettiin hyväksi Tauc-analyysia ja sillä saatavia kuvaajia. Lisäksi mitattiin näytteiden taitekertoimet ellipsometrialla sekä kiderakenteet ohutkalvoröntgendiffraktiolla. Työn alussa käydään läpi tarvittava teoria titaanidioksidin ALD-kasvatuksesta, mittausmenetelmistä sekä Tauc-analyysista.
Työn tuloksien avulla pystyttiin vertailemaan 100 ja 200 °C:ssa kasvatettujen titaanidioksidikalvojen ominaisuuksia ennen ja jälkeen 500 °C:n lämmityksen. Kasvatuksessa käytetyt prekursorit olivat tetradimetyyliaminotitaani ja vesi. Ennen lämmitystä titaanidioksidin havaittiin olevan amorfista ja vastaavasti lämpökäsittelyn jälkeen kiteistä. Muodostuneeseen kiderakenteeseen vaikutti ALD-kasvatuksessa käytetty lämpötila. Muodostuneilla kiderakenteilla havaittiin olevan toisistaan eroavat optiset ominaisuudet, jotka vastasivat melko hyvin kirjallisuudessa olevia tuloksia. Lämpötilan nostamisen huomattiin energiaraon kasvattamisen lisäksi myös hidastavan kasvunopeutta.
Titaanidioksidista kasvatettuja ohutkalvoja voidaan hyödyntää esimerkiksi aurinkosähköön liittyvissä sovelluksissa, fotokatalyysissa ja nanoteknologiassa. Työssä saatuja tuloksia voidaan käyttää hyväksi sopivan kasvatuslämpötilan valitsemiseen ALD-kasvatuksessa, jotta saadun materiaalin ominaisuudet ovat kyseiseen käyttötarkoitukseen sopivat.
Työn tuloksien avulla pystyttiin vertailemaan 100 ja 200 °C:ssa kasvatettujen titaanidioksidikalvojen ominaisuuksia ennen ja jälkeen 500 °C:n lämmityksen. Kasvatuksessa käytetyt prekursorit olivat tetradimetyyliaminotitaani ja vesi. Ennen lämmitystä titaanidioksidin havaittiin olevan amorfista ja vastaavasti lämpökäsittelyn jälkeen kiteistä. Muodostuneeseen kiderakenteeseen vaikutti ALD-kasvatuksessa käytetty lämpötila. Muodostuneilla kiderakenteilla havaittiin olevan toisistaan eroavat optiset ominaisuudet, jotka vastasivat melko hyvin kirjallisuudessa olevia tuloksia. Lämpötilan nostamisen huomattiin energiaraon kasvattamisen lisäksi myös hidastavan kasvunopeutta.
Titaanidioksidista kasvatettuja ohutkalvoja voidaan hyödyntää esimerkiksi aurinkosähköön liittyvissä sovelluksissa, fotokatalyysissa ja nanoteknologiassa. Työssä saatuja tuloksia voidaan käyttää hyväksi sopivan kasvatuslämpötilan valitsemiseen ALD-kasvatuksessa, jotta saadun materiaalin ominaisuudet ovat kyseiseen käyttötarkoitukseen sopivat.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [10016]