Influence of annealing on surface properties and luminescence of nanocrystalline TiO2:Eu thin films

In this work influence of annealing on surface properties and luminescence of TiO2 thin films doped with 0.1 at.% of europium have been described. Thin films were manufactured by magnetron sputtering method and additionally annealed at 400°C and 800°C. Structural investigations with the aid of XRD, AFM and XPS method have shown that doping with europium results in receiving of nanocrystalline films with the TiO2-anatase structure, which was stable even after annealing at 800°C. Although undoped matrix as-deposited in the same conditions had rutile structure, which is typical for high energy sputtering process. In the case of surface properties the results of investigations have shown that annealing caused increase of crystallites size from about 18 to 28 nm. Moreover, the level of surface adsorption and the intensity of photoluminescence was dependent from the size of crystallites of TiO2:Eu. It was found that the crystallites in size of about 22 nm are optimal to obtain strong PL and high adsorption (of OH and H2O).

---

W niniejszej pracy przedstawiono wpływ wygrzewania na właściwości powierzchni oraz luminescencję cienkich warstw TiO2 domieszkowanych europem w ilości 0,1% at. Cienkie warstwy wytworzono metodą rozpylania magnetronowego i dodatkowo wygrzewano w temperaturze 400°C i 800°C. Badania właściwości strukturalnych, które wykonano metodami XRD, AFM i XPS pokazały, że domieszkowanie europem pozwala uzyskać nanokrystaliczne warstwy o strukturze typu TiO2-anatazu, które były stabilne nawet po wygrzewaniu w temperaturze 800°C. Aczkolwiek, niedomieszkowana matryca naniesiona w takich samych warunkach miała strukturę rutylu bezpośrednio po naniesieniu, co jest typowe dla procesu wysokoenergetycznego. W wypadku właściwości powierzchni badania pokazały, że wygrzewanie spowodowało wzrost wielkości krystalitów z około 18 do 28 nm. Oprócz tego, poziom adsorpcji powierzchniowej oraz intensywność fotoluminescencji zależał od rozmiaru krystalitów w warstwie TiO2:Eu. Stwierdzono, że krystality o wielkości około 22 nm są optymalne do uzyskania silnej PL oraz dużej adsorpcji powierzchniowej (grup OH2 oraz cząstek H2O).