XPS study of sol–gel produced lanthanum oxide thin films

Abstract

Plonieji La2O3 sluoksniai pagaminti naudojant zoliųgelių technologijos metodus. Po sluoksnių sintezės jie buvo termiškai apdorojami oro atmosferoje ir vakuume (10–7 Pa) temperatūrų intervale 673–823 K nuo 2 iki 92 val. Po kiekvieno apdorojimo ciklo buvo matuojami bandinių rentgeno fotoelektronų spektrai (XPS). Nustatyta, kad nepriklausomai nuo apdorojimo režimo (temperatūros ir laiko) lantano jonai bandiniuose yra stabilios La3+ būsenos. Visais atvejais deguonies O 1s RFS smailė turi savyje dvi dedamąsias su ryšio energijomis ~528 ir ~531 eV, kurios atitinka O2– jonus oksido gardelėje ir deguonį, surištą hidroksilinėje grupėje (OH)–. Didėjant bandinių apdorojimo temperatūrai ir laikui didėja O2– jonų koncentracija bei mažėja deguonies kiekis (OH)– grupėje. Visuose bandiniuose nepastebėta absorbuoto vandens. Po terminio bandinių apdorojimo vakuume aptikta mažėjanti (OH)– grupių koncentracija leidžia manyti, kad, tinkamai parinkus technologinius sluoksnių terminio atkaitinimo vakuume režimus (panaudojant zolių-gelių sintezės metodus), galima gauti nehigroskopinius lantano oksido sluoksnius

La2O3 thin films were prepared by a sol–gel method and annealed in air and vacuum at various temperatures. The X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to investigate the properties and composition of films. The La 3d and O 1s spectra of films were analysed. It was shown that oxygen ions in La2O3 are in two states – O2– anions connected with lanthanum, and oxygen in the (OH)– group. The thermal transformation of lanthanum hydroxide to oxide process was triggered by thermal treatment at temperatures above 600 K. It was shown that after annealing thin films for longer time intervals in vacuum the intensity of O2– component increases and the intensity of oxygen in (OH)– decreases. The drop of oxygen in the (OH)– group was attributed to dehydration process