磁控溅射制备铬薄膜的结构和光电学性质(英文)

用直流磁控溅射技术在石英基片上制备不同厚度(5nm～114nm之间)的铬膜.使用X射线衍射仪和分光光度计分别检测薄膜的结构和光学性质,利用德鲁特模型和薄膜的透射、反射光谱计算铬膜的厚度和光学常量,并采用Van der Pauw方法测量薄膜电学性质.结果表明:制备的铬薄膜为体心立方的多晶态,随着膜厚的增加,薄膜的结晶性能提高,晶粒尺寸增大;在可见光区域,当膜厚小于32nm时,随着膜厚的增加,折射率快速减小,消光系数快速增大,当膜厚大于32nm时,折射率和消光系数均缓慢减小并逐渐趋于稳定;薄膜电阻率随膜厚的增加为一次指数衰减.     

磁控溅射不同厚度银膜的微结构及其光学常数

用直流溅射法在室温K9玻璃基底上制备了8.2nm—107.2nm范围内不同厚度的Ag薄膜，并用X射线衍射及计算机辅助优化程序对薄膜的微结构和光学常数进行了测试分析. 结构分析表明：制备的Ag薄膜均呈多晶状态，晶体结构均呈面心立方；随着膜厚的增加，薄膜的平均晶粒尺寸逐渐增大，晶面间距逐渐减小. 计算机辅助优化编程计算的薄膜光学常数分析表明：在波长550nm处，当膜厚小于17.5nm时，随着膜厚的增加，折射率n快速减小，消光系数k则快速增大；当膜厚大于17.5nm时，n和k逐渐趋于稳定. 关键词： 直流溅射镀膜 银膜 微结构 光学常数     

近红外波段锑基铋掺杂薄膜厚度对光学常数与光学带隙的影响

采用磁控溅射法制备了不同厚度的锑基铋掺杂薄膜,用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)研究了薄膜结构随厚度的变化。利用椭圆偏振法测定了样品薄膜在近红外波段的光学常数与光学带隙,研究了膜厚对样品薄膜光学常数和光学带隙的影响。结果表明,膜厚从7 nm增加至100 nm时,其结构由非晶态转变为晶态。在950～2200 nm波段,不同厚度薄膜样品的折射率在4.6～8.9范围,消光系数在0.6～5.8范围,光学带隙在0.32～0.16 eV范围。随着膜厚的增加,薄膜的折射率和光学带隙减小,而消光系数升高;光学常数在膜厚50 nm时存在临界值,其原因是临界值前后薄膜微观结构变化不同。     

采用椭偏法结合分光光度法研究极薄银的光学常数

极薄银在滤光片、高反射镜等中有广泛的应用,其光学常数严重影响着膜系的特性。在室温条件下,采用电阻热蒸发技术分别在硅和玻璃基底上沉积5.3 nm~26 nm不同厚度的极薄银薄膜,用TalySurfCCI非接触式轮廓仪测量了薄膜的厚度,研究了不同厚度银薄膜的光学常数n和k。镀制厚度5.3 nm、7.9 nm、14.1 nm、26.0 nm的银薄膜,结果显示极薄银的光学常数与块状银光学常数不同,当膜厚小于14.1 nm时,折射率n在380 nm~600 nm随波长增加而增加,在600 nm~1 600 nm随波长增加缓慢减小至趋于稳定值2.6;消光系数k在380 nm~500 nm随着波长增加而增加,在500 nm~1 600 nm随波长增加而缓慢减小至趋于0不变;当膜厚大于14.1 nm时,折射率随波长增加而增加,消光系数随波长近似呈线性增加。整体上,膜厚增加时折射率减小且趋于块状银的折射率,k随厚度增加而增加并最终趋于块状膜。用此拟合的光学常数代入TFc膜系设计软件计算其透射率,发现与分光光度计测得的透射率吻合较好。     

纳米尺度HfO_2薄膜不同厚度对光学性质的影响

Hf O_2薄膜厚度达到纳米级别时,其光学性质会发生变化。光谱椭偏仪能够同时得到纳米尺度薄膜的厚度和光学常数,但是由于测量参数的关联性,光学常数的结果不准确可靠。本文采用溯源至SI单位的掠入射X射线反射技术对纳米尺度Hf O_2薄膜厚度进行准确测量,再以该量值为准确薄膜厚度参考值。利用光谱椭偏仪测量Hf O_2膜厚和光学常数时,参考膜厚量值,从而得到对应相关膜厚的薄膜准确光学参数。研究了以Al2O_3作为薄膜缓冲层的名义值厚度分别为2,5,10 nm的超薄Hf O_2薄膜厚度对光学性质的影响。实验结果表明,随着Hf O_2薄膜厚度的增加,折射率也逐渐增大,在激光波长632.8 nm下其折射率分别为1.901,2.042,2.121,并且接近于体材料,而消光系数始终为0,表明纳米尺度Hf O_2薄膜在较宽的光谱范围内具有较好的增透作用,对光没有吸收。     

不同厚度溅射Ag膜的微结构及光学常数研究

用直流溅射法在室温Si基片上制备了4．9nm-189.0nm范围内不同厚度的Ag薄膜，并用X射线衍射及反射式椭偏光谱技术对薄膜的微结构和光学常数进行了测试分析。结构分析表明：制备的Ag膜均呈多晶状态，晶体结构仍为面心立方；随膜厚增加薄膜的平均晶粒心潮6．3nm逐渐增大到14．5nm；薄膜晶格常数均比标准值（0．40862nm)稍小，随膜厚增加，薄膜晶格常数由0．40585nm增大到0.40779nm。250nm-830nm光频范围椭偏光谱测量结果表明：与Johnson的厚Ag膜数据相比，我们制备的Ag薄膜光学折射率n总体上均增大，消光系数k变化复杂；在厚度为4．9nm-83.7nm范围内，实验薄膜的光学常数与Johnson数据差别很大，厚度小于33．3nm的实验薄膜k谱线中出现吸收峰，峰位由460nm红移至690nm处，且其对应的峰宽逐渐宽化；当膜厚达到约189nm时，实验薄膜与Johnson光学常数数据已基本趋于一致。     

磁控溅射参数对NiOx薄膜光学常数的影响

采用反应性磁控溅射法制备了NiOx薄膜,并结合椭圆偏振仪、XRD和XPS研究了溅射参量对其光学常量的影响.NiOx薄膜的光学常量随着O2/Ar流量比的增大而减小;热退火后,折射率增大而消光系数下降了50%;溅射功率越大折射率也越大,而工作气压越大折射率反而越小.这些变化分别与薄膜中存在间隙O和Ni空位、NiOx分解以及NiOx薄膜的致密度有关.     

射频磁控溅射制备氮化锌薄膜的椭圆偏振光谱研究

在不同的衬底温度下,使用反应射频磁控溅射法,在玻璃衬底上制备了氮化锌薄膜样品.用X射线衍射仪、原子力显微镜和椭偏仪对薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性质进行了表征分析.薄膜的晶粒尺寸会随着衬底温度的升高先增大后减小,在200?C时薄膜的结晶性最好.用椭偏仪测试样品,建立物理模型计算出氮化锌薄膜在430—850 nm范围内的折射率和消光系数等光学参数.利用Tauc公式计算出氮化锌薄膜的光学带隙在1.73—1.79 eV之间.     

沉积工艺条件对金刚石薄膜红外椭偏光学性质的影响

采用红外椭圆偏振光谱仪对不同工艺条件下制备的CVD金刚石薄膜在红外波长范围内的光学参量进行了测量，分析了工艺条件对金刚石薄膜红外光学性质的影响.获得了最佳的沉积工艺参数，优化了薄膜的制备工艺.结果表明薄膜的折射率和消光系数与薄膜质量密切相关，当温度为750℃，碳源浓度为0.9%和压强为4.0 kPa时，金刚石薄膜的红外椭偏光学性质最佳，折射率平均值为2.385，消光系数在10^-4范围内，在红外波段具有良好的透过性. 关键词： 薄膜光学 红外光学性质 工艺条件 金刚石薄膜     

过滤电弧沉积非晶金刚石薄膜的光谱椭偏研究

为了深入理解过滤阴极电弧沉积非晶金刚石薄膜的光学性质,利用光谱椭偏仪研究了薄膜光学常数随测试偏振光波长变化的谱学关系,进而分析了薄膜折射率、消光系数和光学带隙与沉积能量之间的变化规律。实验表明,非晶金刚石薄膜的折射率高于金刚石晶体的折射率,薄膜的吸收光谱在高吸收区可以用抛物线型函数描述,并由此计算Tauc带隙。随着波长向红外延伸,非晶金刚石薄膜的消光系数渐次降低并趋近于零,光学常数因沉积能量变化而实现的调整幅度也逐渐缩小。随着衬底偏压的增加,折射率和光学带隙都是先升高后减小,并在负偏压为80 V时有最大值;而消光系数却是先减小再升高,在负偏压为80 V时有最小值。     

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)。     

Optical inhomogeneity of ZnS films deposited by thermal evaporation

Zinc sulfide (ZnS) films with optical thickness (reference wavelength is 620 nm) ranging from 310 to 1240 nm were deposited on quartz substrates at room temperature by a thermal evaporation system. The structure and morphology of the films were investigated by X-ray diffraction, atomic force microscopy, respectively. The optical properties of the films were determined by in situ transmittance measurements and wideband spectra photometric measurements, respectively. The experimental results show that the films exhibit cubic structure, and the intensity of the (2 2 0) diffraction peak enhances with the increase of optical thickness. Surface grain size and surface roughness increase monotonously with increasing film thickness. Refractive indices and extinction coefficients calculated by in situ transmittance measurements are well consistent with those calculated by wideband spectra photometric measurements. Both the refractive index and packing density of the film increase as the increase of film thickness, which confirms the film is positive inhomogeneous and has an expanding columnar structure. Extinction coefficients of the films increase with increasing film thickness, which results from the increase of surface roughness.     

TiO2膜消光系数的确定及制备参量的影响

基于窄带干涉滤光片的峰值透射率测量可以直接反演出薄膜的消光系数,从而得到了一种简易而又精确的评价薄膜微弱损耗的新方法。阐述了确定弱吸收薄膜消光系数的基本原理,并分析了这种评价方法的基本精度。讨论了离子束溅射TiO2薄膜的制备参量对薄膜消光系数的影响。发现溅射速率和氧分压是影响TiO2薄膜损耗的灵敏因素。在保持其它参量不变的条件下,溅射速率从0.35nm/s下降到0.23nm/s,TiO2薄膜的消光系数从3.9×10-5下降到2.1×10-5;辅助离子源的Ar∶O比从1∶2变化为1∶4,对应的消光系数从5.6×10-5下降到2.3×10-5。此外,随着基板温度的提高,损耗也会有所增加。TiO2薄膜消光系数评价的合理性表明由窄带滤光片的峰值透射率来反演薄膜的消光系数是可行的。     

Dependence of film thickness on the electrical and optical properties of ZnO-Cu-ZnO multilayers

ZnO-Cu-ZnO multilayers were prepared by simultaneous RF magnetron sputtering of ZnO and DC magnetron sputtering of Cu. Cu films with different thickness were used as the intermediate metal layer. The optical and electrical properties of the multilayers studied by UV-vis spectrophotometer and four point probe method, respectively, shows that transmittance increases with decrease of copper thickness up to an optimum thickness of 5 nm and sheet resistance decreases with increase of thickness. Low resistivity and high transmission were obtained when the film structure has a thickness of ZnO/Cu/ZnO: 50/5/50 nm. The performance of the multilayers as transparent conducting material was better than the single layer ZnO of equal thickness.     

钛酸锶钡薄膜的室温光学性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了(Ba0.75Sr0.25)TiO3薄膜,研究了不同退火温度下样品的物相结构、薄膜的光致发光性能和光学透过率。结果表明:室温下非晶钛酸锶钡薄膜在蓝光激发下具有明显的发光现象,发光波长范围是500～650 nm,峰值在525 nm附近。延长非晶态薄膜的退火时间能够显著提高样品的发光强度,且发光强度随薄膜厚度增加而增大。晶态薄膜有微弱的发光现象。透射谱测试结果表明,钛酸锶钡薄膜在可见光范围内具有良好的光学透过率。     

Cu膜的光学特性尺寸效应及最小连续膜厚研究

采用离子束溅射在K9玻璃基底上沉积了不同厚度的Cu膜，利用Lambda-900分光光度计，测量了波长为310 nm到1300 nm范围内Cu膜的反射率和透射率.选定波长为310、350、400、430、550、632、800、1200 nm时对薄膜的反射率、透射率和吸收率随膜厚变化的关系进行研究.同时，对Cu膜的光学常量也进行了讨论.结果显示，Cu膜的光学特性都有明显的尺寸效应.将波长为550 nm时的反射率和透射率随Cu膜厚度变化关系的交点对应厚度作为特征厚度, 该厚度可认为是金属Cu膜生长从不连续膜进入连续膜的最小连续膜厚.根据这一特征判据，离子束溅射沉积Cu膜样品的最小连续膜厚为33 nm.利用原子力显微镜观测了膜厚在特征厚度附近时Cu膜的表面形貌.     

Structural and optical properties of thermally evaporated antimony telluride thin films

Antimony telluride thin films were prepared on the well-cleaned glass substrates under a pressure of 10 – 5 torr by thermal evaporation method. The thicknesses of the films were measured using Multiple Beam Interferometer (MBI) technique. The structure of the sample was analyzed by X-ray diffraction technique. The film attains crystalline structure as the temperature of the substrate is increased to 373 K. The d spacing and the lattice parameters of the sample were calculated. Optical behavior of the film samples with the various thicknesses was analyzed by obtaining their transmittance spectra in the wavelength range of 400 – 800 nm. The transmittance is found to decrease with increase in film thickness and also it falls steeply with decreasing wavelength. The optical constants were estimated and the results are discussed. The optical band gap energy decreases with increase in the film thickness. The optical transition in these films is found to be indirect and allowed. Paper presented at the 2nd International Conference on Ionic Devices, Anna University, Chennai, India, Nov. 28–30, 2003.