ИК-СПЕКТРОСКОПИЯ ПЛЕНОЧНОЙ СИСТЕМЫ Fe–TiO2, ПОЛУЧЕННОЙ МЕТОДОМ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ

Abstract

Воронежский государственный технический университет, Московский пр., 14, 394026 Воронеж, Россия Поступила в редакцию 17.04.2017 г.Аннотация. Проведен сравнительный анализ оптических спектров отражения-поглощения (RAS) и нарушенного полного внутреннего отражения (ATR) пленочной системы Fe-TiO 2 , полученной методом реактивного магнетронного распыления с последующим отжигом в вакууме и при атмосферном давлении в потоке кислорода. Показано, что смещение характеристических колебаний связи Ti-O в сторону меньших частот связано с присутствием в кристаллической структуре TiO 2 катионов Fe +3 . Установлено, что полосы поглощения, обусловленные деформационными колебаниями связи Fe-OH, наблюдаются только в спектрах ATR и смещены в сторону больших частот по сравнению с индивидуальными оксидами железа, что свидетельствует об образовании сложных оксидов в пленочной системе Fe-TiO 2 . Ключевые слова: ИК-спектроскопия, магнетронное распыление, пленочная система Fe-TiO 2 . ВВЕДЕНИЕ Диоксид титана находит широкое применение в составе диэлектрических, защитных, самоочищающихся покрытий [1], как фотокатализатор для бытовой и промышленной очистки воды и воздуха [2], компонент сенсорных датчиков [3]. Однако его ширина запрещенной зоны составляет 3-3.2 эВ (в зависимости от кристаллической фазы), поэтому он проявляет значительную фотокаталитическую активность только при облучении ультрафиолетовым излучением с длиной волны меньше 400 нм, а, следовательно, проведение фотокаталитических реакций с применением TiO 2 требует использования специальных источников ультрафиолетового излучения. Расширение спектра поглощения в видимую область позволило бы использовать солнечное излучение. Одним из подходов, используемых для изменения оптических свойств TiO 2 , является легирование оксида титана переходными металлами. В ряде работ диоксид титана легировали ионами различных щелочноземельных металлов: (Ca 2+ , Sr 2+ и Ва 2+ ) [4]; переходных металлов: Fe 3+ , Cr 6+ [5], Sn 4+ [6], а также ионами редкоземельных элементов: (La 3+ , Ce 3+ , Er 3+ , Pr 3+ , Nd 3+ , Sm 3+ ) [7]. Ионы ме-BY MAGNETRON SPUTTERING Abstract. The doping of TiO 2 fi lms with various metals, including Fe, allows measuring the TiO 2 band gap, which makes it possible to use the compounds for photovoltaic applications. The discussed research was aimed at studying the formation of complex oxides by IR spectroscopy on the surface and inside Fe-TiO 2 fi lms. The fi lms were prepared by magnetron sputtering of iron on titanium oxide, followed by annealing in a diffractometer vacuum chamber at P = 1.33·10 -2 Pa, vacuum reduction annealing at P = 10 -4 Pa, and thermooxidation in fl owing oxygen at atmospheric pressure. The fi lms were deposited on single-crystal silicon substrates with a Pt sublayer. Fe magnetron sputtering was conducted in a modernized vacuum unit UVN-1: the discharge was excited in 13.3·10 -2 Pa high-purity argon. The discharge voltage was 420 V. A metal iron target with an impurity level lower than 0.01 at.% was used as a cathode. The sputtering rate was 7.2 nm/s. T...