Titanium dioxide films were grown by atomic layer deposition (ALD) using titanium tetraisopropoxide as a titanium precursor and water, ozone, or oxygen plasma as coreactants. Low temperatures (80–120 °C) were used to grow moisture barrier TiO2 films on polyethylene naphthalate. The maximum growth per cycle for water, ozone, and oxygen plasma processes were 0.33, 0.12, and 0.56 Å/cycle, respectively. X-ray photoelectron spectrometry was used to evaluate the chemical composition of the layers and the origin of the carbon contamination was studied by deconvoluting carbon C1s peaks. In plasma-assisted ALD, the film properties were dependent on the energy dose supplied by the plasma. TiO2 films were also successfully deposited by using a spatial ALD (SALD) system based on the results from the temporal ALD. Similar properties were measured compared to the temporal ALD deposited TiO2, but the deposition time could be reduced using SALD. The TiO2 films deposited by plasma-assisted ALD showed better moisture barrier properties than the layers deposited by thermal processes. Water vapor transmission rate values lower than 5 × 10−4 g day−1 m−2(38 °C and 90% RH) was measured for 20 nm of TiO2 film deposited by plasma-assisted ALD.

1.
S. M.
George
,
Chem. Rev.
110
,
111
(
2010
).
2.
O.
Sneh
,
R. B.
Clark-Phelps
,
A. R.
Londergan
,
J.
Winkler
, and
T. E.
Seidel
,
Thin Solid Films
402
,
248
(
2002
).
3.
J.
Haümaülaüinen
,
T.
Sajavaara
,
E.
Puukilainen
,
M.
Ritala
, and
M.
Leskelä
,
Chem. Mater.
24
,
55
(
2012
).
4.
H.
Kim
,
J. Vac. Sci. Technol. B
21
,
2231
(
2003
).
5.
6.
H.
Kim
,
H. B. R.
Lee
, and
W. J.
Maeng
,
Thin Solid Films
517
,
2563
(
2009
).
7.
P. S.
Maydannik
 et al,
J. Vac. Sci. Technol. A
32
,
051603
(
2014
).
8.
P.
Poodt
,
D. C.
Cameron
,
E.
Dickey
,
S. M.
George
,
V.
Kuznetsov
,
G. N.
Parsons
,
F.
Roozeboom
,
G.
Sundaram
, and
A.
Vermeer
,
J. Vac. Sci. Technol. A
30
,
010802
(
2012
).
9.
W. M. M.
Kessels
and
M.
Putkonen
,
MRS Bull.
36
,
907
(
2011
).
10.
K.
Lahtinen
,
P.
Maydannik
,
P.
Johansson
,
T. O.
Kääriäinen
,
D. C.
Cameron
, and
J.
Kuusipalo
,
Surf. Coat. Technol.
205
,
3916
(
2011
).
11.
P.
Poodt
,
A.
Lankhorst
,
F.
Roozeboom
,
K.
Spee
,
D.
Maas
, and
A.
Vermeer
,
Adv. Mater.
22
,
3564
(
2010
).
12.
C.-Y.
Chang
,
F.-Y.
Tasi
,
S.-J.
Jhuo
, and
M.-J.
Chen
,
Org. Electron.
9
,
667
(
2008
).
13.
J.
Park
,
Y. Y.
Noh
,
J. W.
Huh
,
J.
Lee
, and
H.
Chu
,
Org. Electron.
13
,
1956
(
2012
).
14.
Y. C.
Han
,
E.
Kim
,
W.
Kim
,
H.-G.
Im
,
B. S.
Bae
, and
K. C.
Choi
,
Org. Electron.
14
,
1435
(
2013
).
15.
M. D.
Groner
,
F. H.
Fabreguette
,
J. W.
Elam
, and
S. M.
George
,
Chem. Mater.
16
,
639
(
2004
).
16.
G.
Triani
,
J. A.
Campbell
,
P. J.
Evans
,
J.
Davis
,
B. A.
Latella
, and
R. P.
Burford
,
Thin Solid Films
518
,
3182
(
2010
).
17.
S. E.
Potts
,
H. B.
Profijt
,
R.
Roelofs
, and
W. M. M.
Kessels
,
Chem. Vap. Deposition
19
,
125
(
2013
).
18.
T.
Nam
,
J. M.
Kim
,
M. K.
Kim
,
W. H.
Kim
, and
H.
Kim
,
J. Korean Phys. Soc.
59
,
452
(
2011
).
19.
J.
Wöhle
,
H.
Ahn
, and
K.-T.
Rie
,
Surf. Coat. Technol.
116
,
1166
(
1999
).
20.
E.
Langereis
,
M.
Creatore
,
S. B. S.
Heil
,
M. C. M.
van de Sanden
, and
W. M. M.
Kessels
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
081915
(
2006
).
21.
C. L.
Beyler
and
M. M.
Hirschler
,
SFPE Handbook of Fire Protection Engineering
(
National Fire Protection Association
,
Quincy, MA
,
2008
).
22.
S. H.
Jen
,
S. M.
George
,
R. S.
McLean
, and
P. F.
Carcia
,
Appl. Mater. Interfaces
5
,
1165
(
2013
).
23.
W.
Fang
and
C. Y.
Lo
,
Sens. Actuators Phys.
84
,
310
(
2000
).
24.
G.
Krautheim
,
T.
Hecht
,
S.
Jakschik
,
U.
Schröder
, and
W.
Zahn
,
Appl. Sur. Sci.
252
,
200
(
2005
).
25.
M. D.
Groner
,
S. M.
George
,
R. S.
McLean
, and
P. F.
Carcia
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
051907
(
2006
).
26.
T. S.
Kwon
,
D. Y.
Moon
,
Y. K.
Moon
,
W. S.
Kim
, and
J. W.
Park
,
J. Nanosci. Nanotechnol.
12
,
3696
(
2012
).
27.
W. S.
Kim
,
M. G.
Ko
,
T. S.
Kim
,
S. K.
Park
,
Y. K.
Moon
,
S. H.
Lee
,
J. G.
Park
, and
J. W.
Park
,
J. Nanosci. Nanotechnol.
8
,
4726
(
2008
).
28.
J.
Aarik
,
A.
Aidla
,
H.
Mändar
, and
T.
Uustare
,
Appl. Surf. Sci.
172
,
148
(
2001
).
29.
J.
Aarik
,
A.
Aidla
,
T.
Uustare
,
K.
Kukli
,
V.
Sammelselg
,
M.
Ritala
, and
M.
Leskelä
,
Appl. Surf. Sci.
193
,
277
(
2002
).
30.
Q.
Tao
,
K.
Overhage
,
G.
Jursich
, and
C.
Takoudis
,
Thin Solid Films
520
,
6752
(
2012
).
31.
J.
Aarik
,
A.
Aidla
,
T.
Uustare
,
M.
Ritala
, and
M.
Leskelä
,
Appl. Surf. Sci.
161
,
385
(
2000
).
32.
J.
Aarik
,
J.
Karlis
,
H.
Mandar
,
T.
Uustare
, and
V.
Sammelselg
,
Appl. Surf. Sci.
181
,
339
(
2001
).
33.
A. P.
Alekhin
,
S. A.
Gudkova
,
A. M.
Markeev
,
A. S.
Mitiaev
,
A. A.
Sigarev
, and
V. F.
Toknova
,
Appl. Surf. Sci.
257
,
186
(
2010
).
34.
T. O.
Kääriäinen
and
D. C.
Cameron
,
Plasma Processes Polym.
6
,
S237
(
2009
).
35.
M.
Kariniemi
,
J.
Niinistö
,
M.
Vehkamäki
,
M.
Kemell
,
M.
Ritala
,
M.
Leskelä
, and
M.
Putkonen
,
J. Vac. Sci. Technol. A
30
,
01A115
(
2012
).
36.
Q.
Xie
,
Y.-L.
Jiang
,
C.
Detavernier
,
D.
Deduytsche
,
R. L.
Van. Meirhaeghe
,
G.-P.
Ru
,
B.-Z.
Li
, and
X.-P.
Qu
,
J. Appl. Phys.
102
,
083521
(
2007
).
37.
38.
M.
Ritala
and
M.
Leskelii
,
Chem. Mater.
5
,
1174
(
1993
).
39.
H.
Döring
,
K.
Hashimoto
, and
A.
Fujishima
,
Ber. Bunsenges. Phys. Chem.
96
,
620
(
1992
).
40.
A.
Sinha
,
D. W.
Hess
, and
C. L.
Henderson
,
J. Vac. Sci. Technol. B
24
,
2523
(
2006
).
41.
X.
Meng
,
M. N.
Banis
,
D.
Geng
,
X.
Li
,
Y.
Zhang
,
R.
Li
,
H.
Abou-Rachid
, and
X.
Sun
,
Appl. Surf. Sci.
266
,
132
(
2013
).
42.
S. E.
Potts
,
W.
Keuning
,
E.
Langereis
,
G.
Dingemans
,
M. C. M.
van de Sanden
, and
W. M. M.
Kessels
,
J. Electrochem. Soc.
157
,
P66
(
2010
).
43.
A. C.
Dillon
,
A. W.
Ott
,
J. D.
Way
, and
S. M.
George
,
Surf. Sci.
322
,
230
(
1995
).
44.
A. W.
Ott
,
J. W.
Klaus
,
J. M.
Johnson
, and
S. M.
George
,
Thin Solid Films
292
,
135
(
1997
).
45.
R.
Matero
,
A.
Rahtu
,
M.
Ritala
,
M.
Leskelä
, and
T.
Sajavaara
,
Thin Solid Films
368
,
1
(
2000
).
46.
P. S.
Maydannik
,
T. O.
Kääriäinen
, and
D. C.
Cameron
,
J. Vac. Sci. Technol. A
30
,
01A122
(
2012
).
47.
C. R.
Ottermann
,
K.
Bange
,
W.
Wagner
,
M.
Laube
, and
F.
Rauch
,
Surf. Interface Anal.
19
,
435
(
1992
).
48.
J. G.
Lee
,
H. G.
Kim
, and
S. S.
Kim
,
Thin Solid Films
534
,
515
(
2013
).
49.
Q.
Xie
 et al,
J. Electrochem. Soc.
155
,
H661
(
2008
).
50.
J.
Lee
,
S. J.
Lee
,
W. B.
Han
,
H.
Jeon
,
J.
Park
,
W.
Jang
,
C. S.
Yoon
, and
H.
Jeon
,
Phys. Status Solidi A
210
,
276
(
2013
).
51.
T. O.
Kääriäinen
,
S.
Lehti
,
M.-L.
Kääriäinen
, and
D. C.
Cameron
,
Surf. Coat. Technol.
205
,
S475
(
2011
).
52.
S.
Zhang
,
Y. Q.
Fu
,
X. L.
Bui
, and
H. J.
Du
,
Int. J. Nanosci.
3
,
797
(
2004
).
53.
S. J.
Wang
,
H. Y.
Tsai
, and
S. C.
Sun
,
J. Electrochem. Soc.
148
,
C563
(
2001
).
54.
A.
Sonnenfeld
,
R.
Hauert
, and
P. R.
Von Rohr
,
Plasma Chem. Plasma Process.
26
,
319
(
2006
).
55.
N.
Ohtsu
,
N.
Masahashi
,
Y.
Mizukoshi
, and
K.
Wagatsuma
,
Langmuir
25
,
11586
(
2009
).
56.
S.-H.
Lee
,
E.
Yamasue
,
K. N.
Ishihara
, and
H.
Okumura
,
Appl. Catal. B
93
,
217
(
2010
).
57.
V. R.
Rai
and
S.
Agarwal
,
J. Phys. Chem. C
113
,
12962
(
2009
).
58.
59.
A. R.
González-Elipe
,
G.
Munuera
,
J. P.
Espinos
, and
J. M.
Sanz
,
Surf. Sci.
220
,
368
(
1989
).
60.
M. C.
Biesinger
,
L. W. M.
Lau
,
A. R.
Gerson
, and
R. S. C.
Smart
,
Appl. Surf. Sci.
257
,
887
(
2010
).
61.
S.
Hashimoto
,
C.
Tanaka
,
A.
Murata
, and
T.
Sakurada
,
J. Surf. Anal.
13
,
14
(
2006
).
62.
S.
Hashimoto
,
A.
Murata
,
T.
Sakurada
, and
A.
Tanaka
,
J. Surf. Anal.
9
,
459
(
2002
).
63.
S.
Hashimoto
,
A.
Tanaka
,
A.
Murata
, and
T.
Sakurada
,
Surf. Sci.
556
,
22
(
2004
).
64.
E.
McCafferty
and
J. P.
Wightman
,
Appl. Surf. Sci.
143
,
92
(
1999
).
65.
D. S.
Han
,
D. K.
Choi
, and
J. W.
Park
,
Thin Solid Films
552
,
155
(
2014
).
66.
E.
Dickey
and
W. A.
Barrow
,
J. Vac. Sci. Technol. A
30
,
021502
(
2012
).
67.
A. S.
da Silva Sobrinho
,
G.
Czeremuszkin
,
M.
Latrèche
, and
M. R.
Wertheimer
,
J. Vac. Sci. Technol. A
18
,
149
(
2000
).
68.
G. L.
Graff
,
R. E.
Williford
, and
P. E.
Burrows
,
J. Appl. Phys.
96
,
1840
(
2004
).
69.
A. G.
Erlat
,
B. M.
Henry
,
C. R. M.
Grovenor
,
A. G. D.
Briggs
,
R. J.
Chater
, and
Y.
Tsukahara
,
J. Phys. Chem. B
108
,
883
(
2004
).
70.
A.
Perrotta
,
E. R. J.
Beekum
,
G.
Aresta
,
A.
Jagia
,
W.
Keuning
,
M. C. M
Sanden
,
W. M. M.
Kessels
, and
M.
Creatore
,
Microporous Mesoporous Mater.
188
,
163
(
2014
).
You do not currently have access to this content.