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研究生:洪仲齊
研究生(外文):Hung Chung Chi
論文名稱:鈦酸鍶基板上氧化鈦薄膜自我排列機制的研究
論文名稱(外文):Evolution Mechanism of Self-Assembled Rutile TiO2 on SrTiO3 Substrate
指導教授:莊振益
指導教授(外文):J. Y. Juang
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:電子物理系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:鈦酸鍶氧化鈦自我排列薄膜鈦酸鍶基板棒狀晶粒釔鋇銅氧
外文關鍵詞:STOSrTiO3TiO2rutileself-assembledrod-shapedgrainybco
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本論文旨在探討氧化鈦薄膜在鈦酸鍶(100)基板上自我排列的機制。在本實驗中,我們以直流濺鍍法於鈦酸鍶(100)基板上成長不同顯微結構的氧化鈦薄膜,並將其作不同溫度的退火處理。我們發現,當退火的溫度在1000℃以下時,薄膜晶粒的尺寸將隨退火溫度的升高而逐漸變大。然而當退火的溫度在1000℃以上時,薄膜皆會呈現出金紅石結構且薄膜的晶粒將會形成棒狀。而這些棒狀的晶粒可能會在鈦酸鍶(100)基板上作有規則的自我排列,但也可能呈現較不規則的排列。這些差異可以從應變能的觀點,也就是從薄膜晶粒和基板其晶格失配度的關係來說明。同時,我們也對在鈦酸鍶(100)基板上成長氧化鈦薄膜時所用的直流濺鍍條件,提供了適當的建議,以便較可能使得氧化鈦薄膜能在鈦酸鍶(100)基板上作有規則的自我排列。最後,我們對於利用脈衝雷射蒸鍍法在含有棒狀的氧化鈦薄膜晶粒所形成之圖案的鈦酸鍶(100)基板上選擇性磊晶成長釔鋇銅氧高溫超導薄膜所作的嘗試,也獲得了不錯的結果。

This thesis mainly discusses the mechanism of self-assembled TiO2 thin film on SrTiO3(100)(STO(100)) substrate. TiO2 films with various micro- and crystalline structures were deposited on STO(100) substrate by dc sputtering. The films were then annealed at various temperatures. We found that the grain size increased with increasing annealing temperature when the annealing temperature was below 1000oC. However, all films transformed to rutile structure with distinct rod-shaped grains when the annealing temperature was above 1000oC. These rod-shaped grains may be self-assembled into regular arrangement, depending on the starting phase and microstructure of the as-deposited films. The results were interpreted from the viewpoint of the strain energy originated from the lattice mismatch between the thin film and the substrate. Favorable conditions for obtaining self-assembled TiO2 on STO(100) substrates were suggested, as well. Finally, we tried to use the self-assembled template for “selective epitaxial growth (SEG)” of YBa2Cu3O7(YBCO) high-Tc superconducting thin films. The resulting films followed the patterns formed by TiO2 grains, showing excellent selectivity of TiO2 for growing YBCO films.

第一章 緒論
第二章 實驗裝置與方法
2-1 基板的處理
2-2 薄膜的成長
2-2-1 氧化鈦薄膜的成長
2-2-2 釔鋇銅氧薄膜的成長
2-3 釔鋇銅氧薄膜電阻對溫度變化的量測(R-T measurement)
2-4 其它的實驗裝置
第三章 實驗結果與討論
3-1 利用直流濺鍍法(DC Sputtering)在鈦酸鍶(100)基板上成長氧
化鈦(TiO2)薄膜
3-2 將氧化鈦(TiO2)薄膜作各種不同溫度的退火(annealing)處理
3-2-1 當氧化鈦薄膜的退火溫度在1000℃以下的情形
3-2-2 晶粒成長(Grain Growth)
3-2-3 經過不同溫度之退火處理後的氧化鈦薄膜結構
3-2-4 利用脈衝雷射蒸鍍法(Pulse Laser Deposition,PLD)成長不具超導性的釔鋇銅氧薄膜於氧化鈦薄膜/鈦酸鍶(100)基板上
3-3 氧化鈦(TiO2)薄膜在鈦酸鍶(100)基板上的自我排列
(self-assembly)
3-3-1 當氧化鈦薄膜的退火溫度在1000℃以上的情形
3-3-2 氧化鈦薄膜在鈦酸鍶(100)基板上作自我排列(self-assembly)的機制
3-3-3 直流濺鍍(DC Sputtering)的條件對氧化鈦薄膜在鈦酸鍶(100)基板上作自我排列的影響
3-4 利用脈衝雷射蒸鍍法在氧化鈦薄膜(棒狀晶粒)/鈦酸鍶(100)基板上選擇性磊晶成長釔鋇銅氧高溫超導薄膜
第四章 總結與未來展望
4-1 總結
4-2 未來展望
參考資料

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“Microstructure modification of amorphous titanium oxide thin films during annealing treatment”,Thin Solid Films 300 (1997) 113-121.
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[4].「以選擇性磊晶成長法製備釔系高溫超導量子干涉元件之研究」,莊宜蓁,國立交通大學電子物理系碩士論文 (2000).
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[8].ROBERT E. REED-HILL and REZA ABBASCHIAN,“PHYSICAL METALLU
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