Optical properties of anatase TiO2 thin films doped by ion implantation

TiO2 thin films were prepared on glass substrates by radio frequency magnetron sputtering at different substrate temperatures. Then, N ions with a dose of 5 × 1016, 1 × 1017 and 5 × 1017 / cm2 were injected into the films to prepare N-doped TiO2 thin films. X-ray diffraction results show that the prepared TiO2 thin films are anatase-type. X-ray photoelectron spectroscopy results show that the injected N ions interact with TiO2 grains to form nitrogen-containing TiOxN22x compounds, thereby changing the absorption edge of the TiO2 film; with the increase of N ion injection, the absorption edge moves more significantly; at the same time, the absorption of the TiO2 film in the ultraviolet and visible regions is also significantly enhanced due to the irradiation defects caused by nitrogen ion implantation. Keywords: TiO2 thin film; anatase; nitrogen doping; ion implantation; absorption spectrum; radio frequency magnetron sputtering TiO2 is considered to be the most promising environmentally friendly photocatalytic material due to its high catalytic activity, high chemical stability, long duration, safety and non-toxicity, and low cost, and has broad application prospects [123]. Since Fujishima and Honda of Japan [4] discovered the photolysis of water by TiO2 single crystal electrode in 1972, multiphase photocatalytic reactions have aroused great interest and scientists have conducted extensive research on this. Although TiO2 has so many superior properties, its low photocatalytic efficiency has always been a problem in the application of TiO2. Therefore, exploring the mechanism of this process and striving to improve the photocatalytic efficiency have been the hot spots of TiO2 research for many years.