干涉效应对ITO薄膜光学性能的影响

为揭示ITO薄膜膜厚对透光率及色泽感影响规律,本文采用TFCalc光学薄膜设计软件计算了50～700 nm膜厚的ITO薄膜可见光透光率,平均透光率和人眼最为敏感波长550 nm的透光率与膜厚的关系.采用膜层干涉理论研究了ITO膜厚和入射角对其透光率和色泽感影响规律和物理机制.研究结果表明:对特定膜厚的ITO薄膜,其可见光随膜厚增加会出现系列透射峰,膜厚越大,对应透射峰也相应增加.ITO薄膜可见光透光率,平均透光率和特定波长550 nm的可见光透光率随膜厚的增加呈锯齿状;随膜厚增加,ITO薄膜的颜色呈现黄绿色、橙色、紫红色、青色、黄绿色周期性的变化.当ITO膜厚为300 nm,入射角从30°增加到60°时,薄膜色泽从暗紫色变为亮紫色.通过本论文的研究,建立了ITO薄膜和膜厚关系的色卡,这对工业控制及改善ITO薄膜的色泽提供技术支撑.     

氧离子辅助反应蒸发法制备ITO薄膜的研究

采用氧离子辅助电子束反应蒸发工艺在K9玻璃基底上制备了性能优异的ITO薄膜.通过对薄膜方块电阻和透过率的测量分析,研究了基底温度、离子束流、沉积速率等工艺参数对ITO薄膜光电性能的影响.发现升高基底温度有利于减小薄膜的短波吸收,但过高的基底温度会增加薄膜的电阻率,合适的沉积速率可以同时改善薄膜的光学和电学性能.在比较理想的工艺参数下制备的ITO薄膜的电阻率约为5.4×10-4Ω·cm,可见光(波长范围425～685 nm)平均透过率达84.8%,其光电性能均达到实用化要求.     

氧化铟锡薄膜的椭偏光谱研究

用溅射法在Si片上制备了厚度为140nm的氧化铟锡(ITO)薄膜。X射线衍射研究表明所制备的薄膜为多晶结构。在1.5~4.5eV范围内对ITO薄膜进行了椭偏测量。分别用德鲁德-洛伦茨谐振子(Drude Lorenz oscillators)模型、层进模型结合有效介质近似模型对椭偏参量ψ、Δ进行了拟合,得到ITO薄膜的折射指数n的变化范围在1.8~2.6之间,可见光范围内消光系数k接近于零,在350nm波长附近开始明显变化,且随着波长的减小k迅速增加。计算得到直接和间接光学带隙分别是3.8eV和4.2eV。并在1.5~4.5eV段给出一套较为可靠的、具有实用价值的ITO介电常量和光学常量。     

可见与近红外波段光纤吸收的实验研究

对可见光和近红外波段内光纤的损耗进行了实验研究。采用光纤截断法对多色光在光纤传输过程的损耗进行了实验测量,得到了光纤在可见光波段内吸收系数对波长的变化关系。对在500nm到1000nm的波段内存在的多处光纤吸收峰值给出了相应的解释。     

可见与近红外波段光纤吸收的实验研究

对可见光和近红外波段内光纤的损耗进行了实验研究。采用光纤截断法对多色光在光纤传输过程的损耗进行了实验测量,得到了光纤在可见光波段内吸收系数对波长的变化关系。对在500nm到1000nm的波段内存在的多处光纤吸收峰值给出了相应的解释。     

兼容型低目标特征涂层

掺锡氧化铟（ITO）薄膜同时具备在近红外波段的低反射和红外波段的高反射特性,其介电常数可由Drude自由电子模型描述。SiO薄膜在特定的红外波长处有很强的吸收。将二者结合,可实现特定的光谱选择性。本文对SiO/ITO膜系的光谱选择性进行了研究,讨论了膜系结构对反射光谱的影响。通过用特征矩阵计算反射光谱,发现适当调整膜系的组合方式及选择膜层参量,用SiO/ITO膜系可以做成兼容型红外低目标特征涂层。     

紫外增强Lumogen薄膜旋涂法制备及其性能表征

Lumogen薄膜用于固态硅基探测器件CCD紫外增强具有显著的成本和工艺优势。研究旋涂法制备Lumogen薄膜的CCD紫外增强技术,通过对薄膜的光谱分析得到优化的制备工艺。制备的薄膜在可见光波段透过率较高,对紫外波段的光具有较强的吸收,其发射峰位于525 nm,并且激发谱较宽, 涵盖200～400 nm。实验结果表明使用旋涂法制备的紫外增强薄膜,能将紫外光转化为可见光,并且在增强紫外响应的同时,不削弱可见波段的响应,是一种有效增强固态检测器紫外响应的紫外增强薄膜。     

高阻紫外光阴极导电基底制备及性能

在MgF_2基片上,采用电子束蒸发镀膜法制备了掺锡氧化铟(ITO)导电基底,研究了充氧及退火对ITO薄膜电阻及紫外透射比的影响。并与传统的金属导电基底Au和Cr进行了性能比较。用光学显微镜、四探针测试仪、高阻计、X射线衍射仪(XRD)和分光光度计分别测试了薄膜的表面形貌、方块电阻、形态结构和190～800 nm波段范围内薄膜的透射比曲线,得到方块电阻为10~7Ω左右时薄膜在200～400 nm波段内透射比的变化范围。实验结果表明,厚度相同时,充氧会增大ITO薄膜电阻;退火则会降低薄膜电阻并提高紫外透射比,薄膜结构由非晶态变为多晶态。方块电阻同为10~7Ω时,在200～400 nm波段充氧退火后ITO薄膜的平均透射比比Au,Cr的高10%。     

可见光波段及1 064 nm波长处用于Glan-Taylor棱镜减反射膜

为了提高Glan-Taylor棱镜的透射率,研究了Glan-Taylor棱镜在可见光波段及1 064 nm波长处减反射膜膜的设计和制备.为提高薄膜和冰洲石晶体的附着力,采用沉积Al2O3为过渡层,ZrO2作缓冲层的方法,用单纯形优化的方法进行膜系优化设计.用电子束沉积和离子束辅助沉积的方法制备了多层减反射膜,并采用石英晶体振荡法监控膜厚和沉积速率.测量结果表明,在可见光波段及1 064 nm波长处的剩余反射率均小于0.5%经测试薄膜与冰洲石晶体的附着力性能良好.     

可见光波段及1064nm波长处用于Glan-Taylor棱镜减反射膜

为了提高Glan-Taylor棱镜的透射率,研究了Glan-Taylor棱镜在可见光波段及1064nm波长处减反射膜膜的设计和制备．为提高薄膜和冰洲石晶体的附着力,采用沉积Al2O3为过渡层,ZrO2作缓冲层的方法,用单纯形优化的方法进行膜系优化设计．用电子束沉积和离子柬辅助沉积的方法制备了多层减反射膜,并采用石英晶体振荡法监控膜厚和沉积速率．测量结果表明,在可见光波段及1064nm波长处的剩余反射率均小于0．5％经测试薄膜与冰洲石晶体的附着力性能良好．     

铟锡氧化物薄膜表面等离子体损耗降低的研究

本文采用直流磁控溅射方法在普通浮法玻璃基底上制备了立方多晶铁锰矿结构的铟锡氧化物(indium tin oxide, ITO)薄膜,并对其进行了结晶性、表面粗糙度、紫外-可见吸收光谱、折射率、介电常数及霍尔效应的测试.研究了溅射时基底温度的改变对于ITO薄膜的光电、表面等离子体性质的影响.随着基底温度由100?C升高至500?C,其光学带隙(3.64—3.97eV)展宽,减少了电子带间跃迁的概率,有效降低了ITO薄膜的光学损耗.与此同时,对应ITO薄膜的载流子浓度(4.1×10~(20)-—2.48×10~(21)cm~(-3))与迁移率(24.6—32.2 cm~2·V~(-1)·s~(-1))得到提高,电学损耗明显降低.     

Laser direct patterning induced the tunable optical properties of indium tin oxide micro-hole arrays films

Here we introduce a facile method to fabricate patterned indium tin oxide (ITO) thin films via selective laser ablation at ambient conditions. By scanning the ITO thin films with focused Nd: YAG pulsed laser, the ITO thin films were selective ablated and patterned without using any conventional chemical etching or photolithography steps. Then we investigated the effects of scanning rate for the structure, morphology and optical properties of patterned ITO thin film. These results indicate that the epsilon-near-zero (ENZ) wavelength of ITO thin films can be tuned from 1100 nm to 1340 nm by adjusting the period of the micro-hole array in microstructure. The nonlinear absorption response of patterned ITO films was about 2.85 time than of the as-deposited ITO thin film. Additionally, the results of the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) simulation are in good agreement with those of the experiments.     

基于金属掺杂ITO透明导电层的紫外LED制备

为降低ITO薄膜对紫外波段的光吸收,制备低电压高功率的紫外LED,研究了一种基于金属掺杂ITO透明导电层的365 nm紫外LED的制备工艺。利用1 cm厚的石英片生长了不同厚度ITO薄膜以及在ITO上掺杂不同金属的新型薄膜,并研究了在不同的退火条件下这种薄膜的电阻和透过率,分析了掺杂金属ITO薄膜的带隙变化。将这种掺杂的ITO薄膜生长在365 nm外延片上并完成电极生长,制备成14 mil×28 mil的正装LED芯片。利用电致发光（EL）设备对LED光电性能进行测试并对比。实验结果表明:掺Al金属的ITO薄膜能够相对ITO薄膜的带隙提高0.15 eV。在600℃退火后,方块电阻降低6.2 Ω/□,透过率在356 nm处达到90.8%。在120 mA注入电流下,365 nm LED的电压降低0.3 V,功率提高14.7%。ITO薄膜掺金属能够影响薄膜带隙,改变紫光LED光电性能。     

利用压电光声光谱测量镁掺杂氧化锌薄膜的光吸收特性

采用由射频磁控溅射方法在玻璃衬底制备的镁掺杂氧化锌（ZnO：Mg）薄膜材料,通过压电光声光谱法测量其在可见光波段的光吸收特性,并与透射光谱法测得的吸收率数据进行了比较,得到了一致性较好的结果。同时,从理论上推导分析了玻璃衬底上ZnO：Mg压电光声信号与光吸收率的关系及变化规律,并由实验证实：光声信号为玻璃基底与ZnO：Mg薄膜的共同贡献,光声信号的幅值与吸收率呈反相关,这一结论与理论分析得到的结果一致。     

Substrate-assisted laser patterning of indium tin oxide thin films

Maskless laser patterning of indium tin oxide (ITO) thin films was studied by the use of a diode-pumped Q-switched Nd:YLF laser. The ITO films were sputter-deposited either on lime glass, the standard substrate material for flat panel display applications, or fused quartz so that the efficiency of laser patterning as a function of substrate absorption could be studied. The laser wavelength was varied among infrared (5=1047 nm), visible (5=523 nm), and ultraviolet (5=349 nm and 5=262 nm). It is observed that strong light absorption by the substrate is a crucial requirement for a residue-free patterning of the ITO film. Observations and numerical calculations of the laser-induced surface temperature indicate that material removal occurs via thermal vaporization and that other mechanisms such as photochemical decomposition or spallation can be neglected.     

纳米表面二维周期半圆凹槽增强硅薄膜太阳能电池光吸收

利用时域有限差分方法, 研究硅薄膜上下表面周期半圆凹槽结构对于太阳光吸收的增强效应. 研究发现这种结构可以实现太阳光宽波段的光吸收增强, 通过调节SiO₂表面减反层厚度和凹槽半径长度来实现薄膜太阳能电池最大的光吸收, 并实现了波长在300-1000 nm范围的太阳光吸收总能量比没有这种 结构下硅薄膜光吸收提高了约117%. 关键词： 硅薄膜 半圆凹槽 吸收增强     

膜厚对射频磁控溅射法制备的SnS薄膜结构和光学性质的影响

利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备SnS薄膜,用X射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)分别对所制备的薄膜晶体结构、组分、表面形貌、厚度、反射率和透过率进行表征分析。研究结果表明:薄膜厚度的增加有利于改善薄膜的结晶质量和组分配比,晶粒尺寸和颗粒尺寸随着厚度的增加而变大。样品的折射率在1 500~2 500 nm波长范围内随着薄膜厚度的增加而增大。样品在可见光区域吸收强烈,吸收系数达10⁵ cm^-1量级。禁带宽度在薄膜厚度增加到1 042 nm时为1.57 eV,接近于太阳电池材料的的最佳光学带隙(1.5 eV)。     

Phase-resolved photoacoustic spectroscopy to monitor dental plaque on tooth enamel

Dental plaque is a biofilm on the enamel surface of the teeth, formed by colonizing bacteria. It is essential to monitor the biofilm presence on the surface of the enamel of the teeth, since plaque is a reason for periodontal disease and dental caries. This paper proposes applying photoacoustic spectroscopy to monitor and the phase-resolved photoacoustic method to analyze the biofilm plaque on samples of human dental enamel facets. The biofilm growth occurred in the oral cavity environment at deposition time of 48 and 72?h. Photoacoustic ex vivo monitoring found that: (1) Photoacoustic spectroscopy is a helpful tool to identify the bactericidal effect on dental plaque; (2) the biofilm deposition provides an optical absorption of the Soret band at 410?nm and increase of hydroxyl absorption band; (3) the biofilm thickness by phase-resolved photoacoustic method is in agreement with the literature in situ measurements. These new knowledges may help in development of a greater practicality and safety equipment able to identify and quantify dental biofilm, which may be achieved with low-cost Soret-band light emitting diode as light excitation.     

余弦光栅硅薄膜太阳能电池光吸收分析

设计了一维双层余弦共形光栅结构的单晶硅薄膜太阳能电池.利用时域有限差分法模拟计算了双层余弦共形光栅结构和对照组结构的吸收光谱;利用归一化光吸收密度的概念,定量分析了300~700nm和700~1 100nm两个波段的光吸收效率.结果表明双层共形光栅结构具有更好的全波段吸收效率,且在长波段余弦光栅比矩形光栅具有更好的光捕获和吸收作用.利用光吸收增强谱和电磁场强度分布图,分析了余弦光栅在长波段的吸收增强机理.通过计算短路电流密度,发现双层余弦共形光栅结构比平板结构太阳能电池的短路电流密度提高了79.5%,余弦光栅结构比矩形光栅结构的短路电流密度提高了8.5%.