Вплив температури підкладки на морфологію та кристалічність тонких плівок TiO₂, вирощених методом ALD з використанням TTIP та H₂O
Анотація
У цьому дослідженні вивчено вплив температури підкладки на морфологічні та структурні характеристики тонких плівок TiO2, синтезованих термічним методом атомно-шарового осадження з використанням тетрабутизопропоксиду титану та води як прекурсорів. Температуру підкладки змінювали в діапазоні від 200 до 275 °C з кроком 25 °C. Морфологію поверхні досліджували методом атомно-силової мікроскопії, а кристалічну структуру — за допомогою XRD та спектроскопії Рамана. Було встановлено, що плівки, осаджені при 200 °C, мали аморфну структуру з гладкою, конформною поверхнею та мінімальною шорсткістю. Підвищення температури до 225 °C призводило до формування мікроструктур і появи перших ознак кристалізації, що супроводжувалося зростанням шорсткості поверхні. При температурах 250–275 °C утворювалася чітко виражена полікристалічна анатазна структура, що характеризується розвитком зерен і агломерацією наноструктур, про що свідчить підвищення інтенсивності дифракційних піків і зростання параметрів шорсткості поверхні. За результатами XRD-аналізу, середній розмір кристалітів становив від 32 до 71 нм залежно від температури синтезу. Отримані результати демонструють, що температура осадження справляє комплексний вплив як на фазовий склад, так і на морфологію поверхні плівок TiO2, що необхідно враховувати під час їх застосування в функціональних наноструктурах, фотокаталітичних системах, сенсорах та мікроелектронних пристроях.
Завантаження
Посилання
V. Morgunov, S. Lytovchenko, V. Chyshkala, D. Riabchykov, and D. Matviienko, “Comparison of Anatase and Rutile for Photocatalytic Application: the Short Review,” East Eur. J. Phys. (4), 18–30 (2021). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2021-4-02
V. Yadav, S. Chaudhary, S.K. Gupta, and A.S. Verma, “Synthesis and characterization of TiO2 thin film electrode based dye sensitized solar cell,” East Eur. J. Phys. (3), 129–133 (2020). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2020-3-16
Y. Song, J. Yuan, Q. Chen, X. Liu, Y. Zhou, J. Cheng, S. Xiao, M.K. Chen, and Z. Geng, “Three-dimensional varifocal meta-device for augmented reality display,” PhotoniX, 6(1), (2025). https://doi.org/10.1186/s43074-025-00164-9
P.P. Conti, E. Scopel, E.R. Leite, and C.J. Dalmaschio, “Nanostructure morphology influences in electrical properties of titanium dioxide thin films,” J. Mater. Res. 35(21), 3012–3020 (2020). https://doi.org/10.1557/jmr.2020.235
E. Kumi-Barimah, R. Penhale-Jones, A. Salimian, H. Upadhyaya, A. Hasnath, and G. Jose, “Phase evolution, morphological, optical and electrical properties of femtosecond pulsed laser deposited TiO2 thin films,” Sci. Rep. 10(1), 1–12 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-67367-x
D.A.S. Mulus, M.D. Permana, Y. Deawati, and D.R. Eddy, “A current review of TiO2 thin films: synthesis and modification effect to the mechanism and photocatalytic activity,” Appl. Surf. Sci. Adv. 27, 100746 (2025). https://doi.org/10.1016/j.apsadv.2025.100746
J.P. Niemelä, G. Marin, and M. Karppinen, “Titanium dioxide thin films by atomic layer deposition: A review,” Semicond. Sci. Technol. 32(9), 1–20 (2017). https://doi.org/10.1088/1361-6641/aa78ce
J.P. Klesko, R. Rahman, A. Dangerfield, C.E. Nanayakkara, T. L’Esperance, D.F. Moser, L. Fabián Peña, E.C. Mattson, C.L. Dezelah, R.K. Kanjolia, and Y.J. Chabal, “Selective Atomic Layer Deposition Mechanism for Titanium Dioxide Films with (EtCp)Ti(NMe2)3: Ozone versus Water,” Chem. Mater. 30(3), 970–981 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.7b04790
T.K. Turdaliev, K.B. Ashurov, and R.K. Ashurov, “Morphology and Optical Characteristics of TiO2 Nanofilms Grown by Atomic-Layer Deposition on a Macroporous Silicon Substrate,” J. Appl. Spectrosc. 91(4), 769–774 (2024). https://doi.org/10.1007/s10812-024-01783-z
L. Aarik, T. Arroval, R. Rammula, H. Mändar, V. Sammelselg, and J. Aarik, “Atomic layer deposition of TiO2 from TiCl4 and O3,” Thin Solid Films 542, 100–107 (2013). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2013.06.074
J.-J. Park, W.-J. Lee, G.-H. Lee, I.-S. Kim, B.-C. Shin, and S.-G. Yoon, “Very Thin TiO2 Films Prepared by Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition (PEALD),” Integr. Ferroelectr. 68(1), 129–137 (2004). https://doi.org/10.1080/10584580490895815
T.K. Turdaliev, “Optical Performance and Crystal Structure of TiO2 Thin Film on Glass Substrate Grown by Atomic Layer Deposition,” East Eur. J. Phys. (1), 250–255 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-1-27
C. Armstrong, L.-V. Delumeau, D. Muñoz-Rojas, A. Kursumovic, J. MacManus-Driscoll, and K.P. Musselman, “Tuning the band gap and carrier concentration of titania films grown by spatial atomic layer deposition: a precursor comparison,” Nanoscale Adv. 3(20), 5908–5918 (2021). https://doi.org/10.1039/D1NA00563D
N.K. Chowdhary, and T. Gougousi, “Temperature-Dependent Properties of Atomic Layer Deposition-Grown TiO2 Thin Films,” Adv. Mater. Interfaces 2400855, (2025). https://doi.org/10.1002/admi.202400855
A.E. Maftei, A. Buzatu, G. Damian, N. Buzgar, H.G. Dill, and A.I. Apopei, “Micro-Raman—a tool for the heavy mineral analysis of gold placer-type deposits (Pianu Valley, Romania),” Minerals 10(11), 1–17 (2020). https://doi.org/10.3390/min10110988
M. Kadlečíková, Ľ. Vančo, J. Breza, M. Mikolášek, K. Hušeková, K. Fröhlich, P. Procel, M. Zeman, and O. Isabella, “Raman spectroscopy of silicon with nanostructured surface,” Optik (Stuttg). 257, 168869 (2022). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2022.168869
T. Lan, X. Tang, and B. Fultz, “Phonon anharmonicity of rutile TiO2 studied by Raman spectrometry and molecular dynamics simulations,” Phys. Rev. B - Condens. Matter Mater. Phys. 85(9), (2012). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.094305
M.N. Iliev, V.G. Hadjiev, and A.P. Litvinchuk, “Raman and infrared spectra of brookite (TiO2): Experiment and theory,” Vib. Spectrosc. 64, 148–152 (2013). https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2012.08.003
S. Prachakiew, S. Boonphan, Y. Keereeta, C. Boonruang, and A. Klinbumrung, “Structural Influence of Vanadium on the Anatase-to-Rutile Phase Transition and Bandgap Modification in TiO2 Nanocrystals,” Arab. J. Sci. Eng. (2025). https://doi.org/10.1007/s13369-025-10150-9
M.T. Islam, S. Aman, T. Bayzid, M.A. Rahaman, U. Podder, G.M. Arifuzzaman Khan, and M.A. Alam, “Crystal growth behavior of nanocrystal anatase TiO2: A Rietveld refinement in WPPF analysis,” Chem. Inorg. Mater. 6, 100108 (2025). https://doi.org/10.1016/j.cinorg.2025.100108
T. Theivasanthi, and M. Alagar, “Titanium dioxide (TiO2) Nanoparticles XRD Analyses: An Insight,” ArXiv:1307.1091, (2013). https://doi.org/https://doi.org/10.48550/arXiv.1307.1091
Авторське право (c) 2025 Темур К. Турдалієв, Ходжіахмад Х. Зохідов, Шухрат Ч. Іскандаров, Усмонджон Ф. Бердієв
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
