Impact Of Substrate And Post-Annealing Temperatures On The Refractive Index And Crystallinity Of Lead-Free BCTZ Thin Films
Impact du substrat et des températures de recuit post-dépôt sur l'indice de réfraction et la cristallinité des couches minces sans plomb de BCTZ
Résumé
In this study, we investigated the effects of substrate temperature and post-annealing treatment (P.A.T.) on the refractive index of lead-free Ba₀.₈₅Ca₀.₁₅Ti₀.₉Zr₀.₁O₃ (BCTZ) thin films synthesized by magnetron RF sputtering. Our results indicate that both the in-situ substrate temperature and the post-annealing treatment temperature influence the crystallinity of the films. Crystallinity was characterized using X-ray diffraction (XRD), while the refractive index was measured using the prism coupling method. Additionally, we utilized Atomic Force Microscopy (AFM) and cross-sectional Scanning Electron Microscopy (SEM) to analyze the film's roughness and in-plane morphology, respectively. We found that the refractive index of the films increased from 1.957 to 2.380, directly proportional to both the in-situ substrate temperature and the post-annealing temperature. However, significant porosity developed in the room-temperature-growth (R.T.G.) films which are subsequently subjected to post-annealing treatment at various temperatures. These findings highlight the critical role of temperature control in optimizing the optical properties and structural integrity of BCTZ thin films.
Dans cette étude, nous avons étudié les effets de la température du substrat et du traitement de recuit post-dépôt (P.A.T.) sur l’indice de réfraction des couches minces sans plomb de Ba₀.₈₅Ca₀.₁₅Ti₀.₉Zr₀.₁O₃ (BCTZ) synthétisées par pulvérisation magnétron RF. Nos résultats indiquent que la température du substrat in-situ ainsi que celle du traitement de recuit post-dépôt influencent la cristallinité des couches. La cristallinité a été caractérisée par diffraction des rayons X (XRD), tandis que l’indice de réfraction a été mesuré par la méthode de couplage par prisme. De plus, nous avons utilisé la microscopie à force atomique (AFM) et la microscopie électronique à balayage (MEB) en coupe transversale pour analyser respectivement la rugosité et la morphologie en plan des couches. Nous avons constaté que l’indice de réfraction des couches augmentait de 1,957 à 2,380, en proportion directe avec la température du substrat in-situ et celle du recuit. Cependant, une porosité importante s’est développée dans les couches déposées à température ambiante (R.T.G.) après traitement thermique à différentes températures. Ces résultats soulignent le rôle crucial du contrôle de la température dans l’optimisation des propriétés optiques et de l’intégrité structurale des couches minces de BCTZ.
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