Modulation of Structural, Electronic, and Optical Properties of Titanium Nitride Thin Films by Regulated In Situ Oxidation

材料科学 氮化钛 X射线光电子能谱 薄膜 晶格常数 脉冲激光沉积 微晶 蓝宝石 分析化学(期刊) 氮化物 化学工程 衍射 激光器 纳米技术 光学 图层(电子) 冶金 化学 有机化学 工程类 物理
作者
Manosi Roy,Kaushik Sarkar,Jacob Som,M. A. Pfeifer,V. Crăciun,J. David Schall,Shyam Aravamudhan,Frank W. Wise,Dhananjay Kumar
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (3): 4733-4742 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.2c18926
摘要

Epitaxial titanium nitride (TiN) and titanium oxynitride (TiON) thin films have been grown on sapphire substrates using a pulsed laser deposition (PLD) method in high-vacuum conditions (base pressure <3 × 10-6 T). This vacuum contains enough residual oxygen to allow a time-independent gas phase oxidation of the ablated species as well as a time-dependent regulated surface oxidation of TiN to TiON films. The time-dependent surface oxidation is controlled by means of film deposition time that, in turn, is controlled by changing the number of laser pulses impinging on the polycrystalline TiN target at a constant repetition rate. By changing the number of laser pulses from 150 to 5000, unoxidized (or negligibly oxidized) and oxidized TiN films have been obtained with the thickness in the range of four unit cells to 70 unit cells of TiN/TiON. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) investigations reveal higher oxygen content in TiON films prepared with a larger number of laser pulses. The oxidation of TiN films is achieved by precisely controlling the time of deposition, which affects the surface diffusion of oxygen to the TiN film lattice. The lattice constants of the TiON films obtained by x-ray diffraction (XRD) increase with the oxygen content in the film, as predicted by molecular dynamics (MD) simulations. The lattice constant increase is explained based on a larger electrostatic repulsive force due to unbalanced local charges in the vicinity of Ti vacancies and substitutional O. The bandgap of TiN and TiON films, measured using UV-visible spectroscopy, has an asymmetric V-shaped variation as a function of the number of pulses. The bandgap variation following the lower number of laser pulses (150-750) of the V-shaped curve is explained using the quantum confinement effect, while the bandgap variation following the higher number of laser pulses (1000-5000) is associated with the modification in the band structure due to hybridization of O2p and N2p energy levels.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
AsaFeng完成签到 ,获得积分10
3秒前
江月年完成签到 ,获得积分10
3秒前
6秒前
7秒前
蓝桉完成签到 ,获得积分10
14秒前
SciGPT应助开心的梦桃采纳,获得10
15秒前
刘歌完成签到 ,获得积分10
16秒前
科研通AI5应助cha236采纳,获得10
16秒前
酪酪Alona完成签到,获得积分10
16秒前
Star完成签到,获得积分10
19秒前
开心的梦桃完成签到,获得积分10
21秒前
22秒前
含糊的茹妖完成签到 ,获得积分10
23秒前
研友Bn完成签到 ,获得积分10
26秒前
Keyuuu30完成签到,获得积分0
27秒前
cha236发布了新的文献求助10
27秒前
TIX完成签到 ,获得积分10
28秒前
轻松的雨竹完成签到 ,获得积分10
29秒前
32秒前
www完成签到 ,获得积分10
33秒前
爱笑半雪完成签到,获得积分10
33秒前
斯文的难破完成签到 ,获得积分10
37秒前
Lauren完成签到 ,获得积分10
38秒前
mark33442完成签到,获得积分10
50秒前
君无名完成签到 ,获得积分10
53秒前
小脸红扑扑完成签到 ,获得积分10
55秒前
lucky珠完成签到 ,获得积分10
55秒前
自由竺完成签到,获得积分10
55秒前
CuteG完成签到 ,获得积分10
55秒前
Anna完成签到 ,获得积分10
56秒前
锦鲤完成签到 ,获得积分10
56秒前
临风浩歌完成签到 ,获得积分10
1分钟前
康谨完成签到 ,获得积分10
1分钟前
半壶月色半边天完成签到 ,获得积分10
1分钟前
const完成签到,获得积分10
1分钟前
雪儿完成签到 ,获得积分10
1分钟前
文心同学完成签到,获得积分10
1分钟前
波西米亚完成签到,获得积分10
1分钟前
健忘的飞雪完成签到,获得积分10
1分钟前
Naruto发布了新的文献求助20
1分钟前
高分求助中
All the Birds of the World 4000
Production Logging: Theoretical and Interpretive Elements 3000
Animal Physiology 2000
Les Mantodea de Guyane Insecta, Polyneoptera 2000
Am Rande der Geschichte : mein Leben in China / Ruth Weiss 1500
CENTRAL BOOKS: A BRIEF HISTORY 1939 TO 1999 by Dave Cope 1000
Machine Learning Methods in Geoscience 1000
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3736728
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3280670
关于积分的说明 10020304
捐赠科研通 2997406
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1644527
邀请新用户注册赠送积分活动 782060
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 749656