Investigación

 

Structural and morphological properties of TiO₂thin films prepared by spray pyrolysis

 

N. Castillo^a, D. Olguín^a, A. Conde-Gallardo^a*, S. Jiménez-Sandoval^b

 

^a Departamento de Física, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN, Apartado Postal 14-740, México D.F. 07360, México.

^b Laboratorio de Materiales, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN, Unidad Querétaro, Apartado Postal 1-798, Arteaga 5. Centro, 76001, Querétaro, México.

 

Recibido el 28 de agosto de 2003;
Aceptado el 26 de enero de 2004.

 

Abstract

In the present work the ultrasonic spray pyrolysis technique was employed to produce TiO₂ thin films on fused quartz and on silicon substrates. An aerosol, generated ultrasonically, of titanium diisopropoxide was employed in the deposition experiments. The crystallization process of the as deposited samples was studied by X-Ray Difraction (XRD), Raman spectroscopy (RS), Atomic Force Microscopy (AFM), and optical transmission spectroscopies (TS). The results show that spray pyrolysis technique is able to produce films with smooth surface and good crystalline properties. When deposition temperatures were below 400° C, the films grow with a flat surface (roughness ~5Å) but in amorphous phase; while for equal or higher values to this temperature, the films develop a crystalline phase corresponding to the TiO₂ anatase phase, but the surface roughness is increased up to ~225Å. After annealing at 750°C, the samples deposited on Si show a partial transition to rutile phase preferentially oriented in (111) direction; while, under a similar annealing, those films deposited on fused quartz do not show any phase transition.

Keywords: Chemical vapor deposition; spray pyrolysis; TiO₂thin films.

 

Resumen

En el presente trabajo la técnica de rocío pirolítico fue empleada para producir películas delgadas de TiO₂ sobre substratos de cuarzo y silicio cristalino (Si). Generado por ultrasonido, un aerosol de di-isopropoxido de titanio fue usado como precursor en los depósitos. El proceso de cristalización como función de los parámetros de depósito fue estudiado por difracción de rayos-X (XRD), espectroscopía Rama (RS), microscopia de fuerza atómica (AFM) y espectroscopía óptica de transmision (TS). Los resultados demuestran que la técnica de rocío pirolítico puede producir películas con superficies planas y buenas propiedades cristalinas. Cuando la temperatura de depósito es menor a 400° C, la película crece con una superficie suave (rugosidad~5Å) pero en una fase amorfa; sin embargo a temperaturas iguales a 400° C o mayores las películas cristalizan en la fase anatasa aun cuando la rugosidad se incrementa hasta un valor que depende del espesor. Después de un tratamiento térmico a 750°C, las muestras depositadas sobre Si muestran una transición parcial a la fase rutilio del TiO₂con orientación preferencial (111); sin embargo, las películas depositadas sobre cuarzo no muestran tal transición.

Descriptores: Depósito en fase vapor; rocío pirolítico; películas de TiO₂.

 

PACS: 82.33.Ya; 81.15.Rs; 77.84.Dy

 

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Acknowledgements

This work was partially supported by the National Council for Science and Technology in México (CONACyT 34391-E).

 

References

* Corresponding Author: Phone: (525) 5061 3800 X 6168, Fax: (525) 5754 7096, e-mail: aconde@fis.cinvestav.mx

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