University of Oulu

Microstructure characterization of pulsed laser deposited metal oxide nanoparticles

Saved in:
Author: Komulainen, Miika1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, Electrical Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 6 MB)
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201602111172
Language: English
Published: Oulu : M. Komulainen, 2016
Publish Date: 2016-02-15
Physical Description: 55 p.
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Lappalainen, Jyrki
Reviewer: Lappalainen, Jyrki
Puustinen, Jarkko
Description:

Abstract

In this thesis, the effects of pulsed laser deposition processing parameters on microstructure of tungsten trioxide thin films was studied. Samples were deposited at room temperature under three different background oxygen pressure levels using three different laser beam fluence. Some samples were post-annealed at temperatures between 400 and 600 °C, and the rest were left as deposited. Micro- and crystal structure of the samples were examined with X-ray diffraction, Raman spectroscope, atomic force microscope, and field emission scanning electron microscope. Results showed that the films were porous, constructed of nanoparticles and had a rough surface. In crystal structure studies, amorphous phase as well as crystalline monoclinic γ- ja ε-phases were found.

Value of background pressure and laser beam fluence were found to have significant effect on crystal structure, morphology, porosity, and thickness of the films. Effect of post-annealing temperature was non-linear and dependent on the as-deposited structure of the films. Before the post-annealing, the films were mostly amorphous and during the heating some of them remained amorphous, some crystallized into γ-phase, and some formed different mixtures of γ- and ε-phases. Grain sizes of the samples were studied with different methods, which gave somewhat different results, but it could be concluded that fluence of the laser was largely insignificant, and pressure and post-annealing temperature had more dominant effects.

see all

Pulssilaserkasvatettujen metallioksidinanopartikkeleiden mikrorakenteen karakterisointi

Tiivistelmä

Tässä työssä tutkittiin pulssilaserkasvatuksen parametrien vaikutusta volframitrioksidistaohutkalvojen mikrorakenteeseen. Näytteet kasvatettiin huonelämpötilassa kolmessa eri happipaineessa ja kolmella eri laserin intensiteetillä. Osa näytteistä jälkihehkutettiin 400–600 °C asteen lämpötilassa. Näytteiden mikro- ja kiderakennetta tutkittiin röntgendiffraktiolla, Raman spektroskopialla sekä atomivoima- ja elektronimikroskopian menetelmillä. Tuloksista kävi ilmi kalvojen huokoinen, nanopartikkeleista koostuva rakenne, pinnan karheus sekä eri faasien määräsuhteet. Amorfisen faasin lisäksi näytteistä löytyi kiteiset monokliiniset γ- ja ε-faasit.

Taustapaineen ja laserin intensiteetin muutosten havaittiin vaikuttavan voimakkaasti kalvojen huokoisuuteen, pinnan rakenteeseen ja kalvon paksuuteen. Paineen ja intensiteetin vaikutukset olivat vastakkaisia, mutta aina samanlaisia. Jälkihehkutuksen vaikutus oli epälineaarinen sekä riippuvainen hehkutuslämpötilasta, mutta myös hehkuttamattomasta kalvon rakenteesta. Ennen jälkihehkutusta kalvot olivat pääsääntöisesti amorfista faasia, mutta hehkutettaessa osa jäi pääosin amorfiseksi ja loput kiteytyivät melko puhtaaksi monokliiniseksi γ-faasiksi tai erilaiseksi yhdistelmäksi ε- ja γ-faaseja. Jälkihehkutettujen kalvojen raekokoja laskettiin röntgendiffraktion mittaustuloksista eri menetelmillä, joilla saatiin hieman eriäviä tuloksia, mutta kaikista kävi ilmi, että laserin intensiteetillä ei ollut merkittävää vaikutusta keskimääräiseen raekokoon toisin kuin lämpötilalla ja taustapaineella.

see all

Subjects:
Copyright information: © Miika Komulainen, 2016. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.