Bảng 4.3. Các điều kiện chế tạo màng khi thay đổi áp suất phún xạ.
Mẫu FO FN p(mtorr) V(V) I(A) P(W) (W) h(cm) h(cm) TTss((ooC) C) ddff(nm) (nm) M80 9.5 0.8 1 455 0.4 182 4 160 1789
M62 9.5 0.8 9 440 0.4 176 4 155 1546
M79 9.5 0.8 13 435 0.4 174 4 150 700
Bảng 4.4. Kết quả phân tích tính chất của màng khi thay đổi p. Mẫu Eg (eV) σf(Gpa) %atN trong màng M80 ~ 2.15 -8.98 22.15
M62 < 3.2 -7.74 -
M79 ~ 3.25 -3.02 3.16
Hình 4.16.Đường biểu diễn (αdhν)1/2 = f(hν) của màng TiO2:N khi thay đổi p.
Hình 4.17. Giản đồ XRD của màng TiO2:N khi thay đổi áp suất.
Kết quả trên cho thấy, độ truyền qua của màng trên đế thủy tinh lớn nhất trong vùng ánh sáng khả kiến khoảng 79% – 87% khi thay đổi h (hình 4.12) và khoảng 57% – 90% khi thay đổi p (hình 4.15), tương ứng với vùng hấp thụ mạnh nhất của màng là 350nm – 450nm và 350nm – 510nm. Khi màng được chế tạo với khoảng cách bia – đế càng nhỏ và áp suất phún xạ càng thấp thì thấy cĩ sự dịch bờ hấp thụ về bước sĩng dài hơn tương ứng với sự giảm độ rộng vùng cấm quang (Eg) của
màng (hình 4.13 và hình 4.16). Điều này liên quan đến sự tăng dần lượng tạp N trong màng. Ởđiều kiện, h = 6cm, p = 9mtorr và h = 4cm, p = 13mtorr, màng được chế tạo cĩ giá trị Eg ~ 3.25eV, nghĩa là lượng pha tạp rất nhỏ. Kết quả này tương tự kết quả của cơng trình [3] ([3] chế tạo bột TiO2-xNx (với x < 0.2) cĩ Eg = 3.2 eV) và tốt hơn cơng trình [10] ([10] chế tạo màng TiOxNy bằng phún xạ magnetron cĩ Eg = 3.424eV).
Các màng thu được đều cho cấu trúc anatase TiO2. Cường độ các peak cao hơn và mật độ các peak nhiều hơn chứng tỏ độ kết tinh của màng lớn hơn khi h nhỏ hơn và p thấp hơn (hình 4.14 và 4.17). Màng cĩ độ kết tinh cao nhất được chế tạo ở điều kiện h = 4cm, p = 1mtorr và vẫn cịn thể hiện pha anatase TiO2 mà khơng xuất hiện pha TiN. Điều này được giải thích là khi h nhỏ hơn, p thấp hơn, động năng của hạt trung hồ khi lên đế tăng do ít xảy ra va chạm giữa chúng với khí hoặc ion. Động năng này được truyền cho các nguyên tử hấp phụ trên bề mặt màng, làm tăng độ linh động của chúng và dẫn đến tăng độ kết tinh của màng. Mặt khác, do độ dài liên kết của Ti – N (1.964 – 2.081 ) lệch ít so với Ti – O (1.942 – 2.002 ) [49,61] nên sự pha tạp N vào màng khơng làm biến dạng hoặc thay đổi cấu trúc của tinh thể TiO2, nhưng làm tăng ứng suất của màng (bảng 4.2 và 4.4).
o
A Ao Ao Ao
Như vậy, màng được chế tạo ởđiều kiện h nhỏ hơn, p thấp hơn cho lượng pha tạp N lớn hơn. Điều này, một lần nữa chứng tỏ cơ chếđể cĩ được lượng pha tạp N lớn vào màng trong phương pháp phún xạ magnetron là giảm va chạm cho các hạt trung hịa trên quãng đường từ bia đến đế nhằm bảo tồn động năng của chúng.