椭偏光谱对复数折射率薄膜的研究 ITO膜光学常数的色散和生长规律

本文提出一个利用椭偏光谱测量复数折射率薄膜的方法。由于引入一个新的目标函数,把搜索的参量空间的维数减至四维,因此不但可以测得薄膜的光学常数和厚度,并且可同时确定衬底的光学常数。我们应用这个方法对射频溅射在硅衬底上生长的ITO膜光学常数的色散和生长规律进行了初步研究,发现硅衬底的表观光学常数也发生了变化     

溅射工艺参数对硅薄膜微结构影响的Raman分析

为了解决碳化硅难以进行光学加工的问题,该文采用射频磁控溅射方法,在碳化硅反射镜坯体上沉积与碳化硅具有相近热膨胀系数且易于进行光学加工的硅薄膜。利用拉曼光谱(Raman)对衬底温度、射频功率、衬底偏压等溅射工艺条件对硅膜微结构的影响进行了分析。研究发现：随着衬底温度的升高,薄膜的晶化率先增大后减小;衬底偏压的增加不利于薄膜有序结构的形成;射频功率对薄膜微结构的影响比较复杂,随着功率的升高,薄膜晶粒尺寸减小,晶化率降低,当射频功率进一步升高时,薄膜中有序团簇尺寸和晶化率逐渐升高。但过高的射频功率反而不利于薄膜的晶化。     

椭偏精确测定透明衬底上吸收薄膜的厚度及光学常数

椭偏仪难以精确测量透明衬底上吸收薄膜光学常数的原因:1)衬底的背面反射光为非相干光, 它的存在会极大的增加拟合难度; 2)衬底光学常数(折射率和消光系数)的差异会影响测量的准确性, 而且会在吸收薄膜的光学常数中表现出来, 需要单独测量其光学常数; 3)厚度与光学常数之间呈现强烈的关联性. 针对以上三个问题, 选择石英玻璃、载玻片、盖玻片和普通浮法玻璃作为研究对象. 采用折射率匹配法消除上述衬底背面反射光的影响. 结果显示, 折射率匹配法能够有效消除折射率在1.43-1.64、波长范围为190-1700 nm波段的石英、浮法玻璃等透明衬底的背面反射光. 之后, 通过拟合椭偏参数ψ和垂直入射时的透过率T₀ 分别得到以上衬底的折射率和消光系数. 拟合得到的结果与文献报道的趋势一致. 最后, 采用椭偏参数和透过率同时拟合的方法(SE+T法)得到类金刚石薄膜(沉积在石英玻璃上)和非晶硅薄膜(沉积在载玻片、盖玻片上)光学常数和厚度的准确解.     

立方氮化硼薄膜生长过程中的界面控制

在立方氮化硼薄膜气相生长过程中生成的无定形初期层和乱层结构氮化硼中间层，一直是阻碍立方氮化硼薄膜外延生长的主要原因.系统地分析了硅衬底预处理对立方氮化硼薄膜中无定形初期层成分的影响，发现在等离子体化学气相生长法制备薄膜时，硅衬底上形成无定形初期层的可能原因有氧的存在、离子轰击以及高温下硅的氮化物的形成.在H₂气氛中1200K热处理硅衬底可以有效地减少真空室中残留氧浓度，除去硅表面的自然氧化层，保持硅衬底表面晶体结构.控制衬底温度不超过900 K，就能防止硅的氮化物的形成，成功地除去无 关键词： 立方氮化硼薄膜 等离子体化学气相生长 界面 电子显微镜     

有机电致发光器件材料的椭偏研究

本文报道了用可变入射角椭圆偏振仪（Variable angle incidence Spectroscopic Ellipsometer）测量Alq3,NPB,CuPc,Rubrene薄膜的光学常数，我们采用真空蒸镀法在硅衬底上分别制备了以上四种薄膜，然后我们用可变入射角椭圆偏振仪对四种薄膜进行了测量，测量在大气中进行，光谱范围从200到1000nm（或1.24到5cV），测量角度为65℃、70℃、75℃、80℃，接着，用Wvase32软件对四种薄膜的光学常数随波长（光子能量）的变化函数进行拟合，通过拟合我们得到了真空蒸镀的Alq3,NPB,CuPc,薄膜的光学常数随波长的变化函数及曲线，并且从材料吸收谱的吸收边，我们还得到了这些材料的光学禁带宽度。     

低温制备微晶硅薄膜生长机制的研究

采用热丝化学气相沉积技术制备了一系列处于不同生长阶段的薄膜样品，用原子力显微镜系 统地研究生长在单晶硅衬底和玻璃衬底上薄膜表面形貌的演化.按照分形理论分析得到：在 玻璃衬底上的硅薄膜以零扩散随机生长模式生长；而在单晶硅衬底上，薄膜早期以有限扩散 生长模式生长，当膜厚超过某一临界厚度时转变为零扩散随机生长模式.岛面密度与膜厚的 依赖关系表明，在临界厚度时硅衬底和玻璃衬底上的岛面密度均出现了极大值.Raman谱的测 量证实，玻璃衬底上薄膜临界厚度与非晶/微晶相变之间存在密切的关系.不同的衬底材料直 接影响反应 关键词： 生长机制 微晶硅薄膜 表面形貌 热丝化学气相沉积     

硅基底生长FeS2薄膜的同步辐射表面X射线实验研究

通过对硅与玻璃衬底生长二硫化铁薄膜的常规X射线衍射和同步辐射表面X射线衍射研究比较, 结果发现, 硅衬底上生长二硫化铁薄膜时, 图谱中56°,附近出现的衍射强峰并不是由于二硫化铁与硅有良好的晶格匹配导致的, 而是由于硅衬底(311)晶面的衍射造成的. 结合实验与计算论证了该结论.     

金属有机化学气相沉积法制备钛酸铅铁电薄膜

利用低压ＭＯＣＶＤ工艺分别在（００１）取向的ＬａＡｌＯ_３，ＳｒＴｉＯ_３和重掺杂硅单晶衬底上制备ＰｂＴｉＯ_３铁电薄膜，并通过Ｘ射线衍射谱对薄膜的微结构进行分析．Ｘ射线θ－２θ扫描显示硅衬底上得到了ＰｂＴｉＯ_３多晶薄膜，另两种衬底上得到了择优取向的ＰｂＴｉＯ_３薄膜．ＬａＡｌＯ_３衬底上的ＰｂＴｉＯ_３薄膜有ａ和ｃ两个取向，也就是薄膜中存在着９０°畴结构，而生长在ＳｒＴｉＯ_３衬底上的ＰｂＴｉＯ_３薄膜中只存在ｃ方向的择优取向．由于薄膜的尺度效应，发现ｃ轴晶格常数与块材相比均缩短．Ｘ射线的φ扫描验证了后两类薄膜的外延特性，利用同步辐射的高强度和高能量分辨率用摇摆曲线方法研究了这两种外延薄膜的品质，进一步证明了ＳｒＴｉＯ_３衬底上的ＰｂＴｉＯ_３薄膜的单畴特性．利用重掺杂的硅衬底作底电极，测量显示直接生长于硅衬底上的ＰｂＴｉＯ_３多晶薄膜具有良好的铁电性能 关键词：     

光谱型椭偏仪精确表征非晶吸收薄膜的光学常数

采用光谱型椭偏仪(SE)和分光光度计分别测量了超薄类金刚石(DLC)薄膜和非晶硅(a-Si)薄膜的椭偏参数(y和D)和透射率T。由于薄膜的厚度与折射率、消光系数之间存在强烈的相关性,仅采用椭偏参数拟合,难以准确得到薄膜的光学常数。如果加入透射率同时进行拟合(以下简称SE+T法),可简单、快速得到薄膜的厚度和光学常数。但随机噪声、样品表面的轻微污染或衬底上任何小的吸收都可能影响SE+T法拟合的光学常数的准确性。因此将SE+T法和光学常数参数化法联用,实现DLC、a-Si薄膜光学常数的参数化,以消除测量数据中的噪声对光学常数的影响。结果显示,联用时的拟合结果具有更好的唯一性,而且拟合得到的光学常数变得平滑、连续且符合Kramers-Kronig(K-K)关系。这种方法特别适合于精确表征厚度仅为几十纳米的非晶吸收薄膜的光学常数。     

光谱型椭偏仪精确表征非晶吸收薄膜的光学常数EI北大核心CSCD

采用光谱型椭偏仪(SE)和分光光度计分别测量了超薄类金刚石(DLC)薄膜和非晶硅(a-Si)薄膜的椭偏参数(y和D)和透射率T。由于薄膜的厚度与折射率、消光系数之间存在强烈的相关性,仅采用椭偏参数拟合,难以准确得到薄膜的光学常数。如果加入透射率同时进行拟合(以下简称SE+T法),可简单、快速得到薄膜的厚度和光学常数。但随机噪声、样品表面的轻微污染或衬底上任何小的吸收都可能影响SE+T法拟合的光学常数的准确性。因此将SE+T法和光学常数参数化法联用,实现DLC、a-Si薄膜光学常数的参数化,以消除测量数据中的噪声对光学常数的影响。结果显示,联用时的拟合结果具有更好的唯一性,而且拟合得到的光学常数变得平滑、连续且符合Kramers-Kronig(K-K)关系。这种方法特别适合于精确表征厚度仅为几十纳米的非晶吸收薄膜的光学常数。     

化学溶液法制备的Pb(Mg1/3 Nb2/3)O3-PbTiO3薄膜的光学性能

用化学溶液方法在宝石衬底及有LaNiO3缓冲层的Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上制备了92%Pb(Mg1/3 Nb2/3)O3-8%PbTiO3(PMNT)薄膜,X射线衍射测试结果表明:在有LaNiO3缓冲层的Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上制备的PMNT薄膜几乎是纯钙钛矿相,且薄膜呈现(110)择优取向.通过对Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上的PMNT薄膜在2.5-12.6μm波长范围内的红外椭圆偏振光谱测试,并拟合得到了PMNT薄膜在2.5-12.6μm波长范围内的光学常数(n和k),通过对宝石衬底上的PMNT薄膜在200-1100nm波长范围内的可见-紫外透过率测试,并拟合得到了PMNT薄膜在200-1100nm波段的光学常数(n和k)和吸收系数α,进而推导出PMNT薄膜的禁带宽度为4.03eV.     

退火对磁控溅射HfSi_xO_y薄膜光学性质的影响

采用射频反应磁控溅射方法在硅衬底制备了HfSixOy薄膜,用X射线光电子能谱(XPS)分析了HfSixOy薄膜的成分,用X射线衍射(XRD)检测了薄膜的结构,并用椭圆偏振光谱仪研究了退火处理对薄膜光学性质的影响。XRD谱显示,HfSixOy薄膜经700℃高温退火处理后仍为非晶态,而在900℃高温退火处理后出现晶化。采用Tauc-Lorentz(TL)色散模型对测试得到的曲线进行拟合并分析得出薄膜的光学常数,结果表明,薄膜的折射率随退火温度的升高而增加,而消光系数随退火温度的升高呈降低趋势。薄膜的光学带隙随着退火温度的升高增加,采用外推法得到薄膜沉积态和经500℃,700℃,900℃退火后的带隙分别为5.62,5.65,5.68,5.98eV。     

硅纳米晶的椭圆偏振光谱研究

硅纳米晶量子点是硅发光研究领域最有潜力、最重要的一个研究方向。用热蒸发法在硅片上生长了富含硅纳米晶体的SiO2薄膜,观测到嵌埋于SiO2薄膜中硅纳米晶的较强光致发光谱;室温下在可见光区对该薄膜进行了椭圆偏振光谱测量研究。用有效介质近似(EMA)模型结合洛伦兹色散模型对椭偏参数进行了拟合,得到直径分别约为3 nm和5 nm大小的硅纳米晶在约300~830 nm光谱区的光学常数值。这些数据在硅基微纳光子学器件的研究中具有一定的参考价值。     

MOCVD方法生长的氧化锌薄膜及其发光特性

近年来,随着近紫外光发射氧化锌薄膜研究的进展,许多先进的薄膜生长手段被广泛采用。本文探索了用MOCVD方法在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法,试验了用几种不同的有机金属源生长ZnO薄膜;研究了源材料及生长压力和温度对薄膜生长的影响;观察了样品的室温光致发光光 谱。通过与溅射方法生长的ZnO薄膜的比较,提出了影响材料结构和发光特性的可能原因。     

磁控共溅射法沉积的硅量子点SiN_x薄膜的光谱特性

采用双极脉冲和射频磁控共溅射沉积法在不同温度的Si(100)衬底和石英衬底上制备了富硅SiNx薄膜。在氮气氛中,于1 050℃下采用快速光热退火热处理,获得了包含硅量子点的SiNx薄膜。采用Fourier变换红外光谱、Raman光谱、掠入射X射线衍射和光致发光光谱对退火后的薄膜样品进行了表征。结果显示:Fourier变换红外光谱中出现了富硅Si—N键,表明薄膜为富硅SiNx薄膜;当衬底温度不低于200℃时,薄膜样品的拉曼光谱中出现了硅纳米晶的Si—Si振动横光学模,掠入射X射线衍射中出现了明显的Si(111)和Si(311)的衍射峰,证实了硅量子点的形成;发现存在一最佳衬底温度(300℃),该条件下获得的硅量子点的数量和晶化率最高;衬底温度为300和400℃的样品的光致发光光谱中均有3个可见荧光峰,结合拉曼光谱结果,用纳米晶硅的量子限域效应和辐射复合缺陷态对荧光峰进行了合理解释;由光致发光光谱计算出的衬底温度为300和400℃的样品的硅量子点平均尺寸分别为3.5和3.4nm。这些结果有助于优化含硅量子点的SiNx薄膜的制备参数,在硅基光电子器件的应用方面有重要意义。     

氢化纳米硅薄膜中氢的键合特征及其能带结构分析

对氢化纳米硅薄膜中氢的键合特征和薄膜能带结构之间的关系进行了研究.所用样品采用螺 旋波等离子体化学气相沉积技术制备，利用Raman散射、红外吸收和光学吸收技术对薄膜的 微观结构、氢的键合特征以及能带结构特性进行了分析.Raman结果显示不同衬底温度下所生 长薄膜的微观结构存在显著差异，从非晶硅到纳米晶硅转化的衬底温度阈值为200℃.薄膜中 氢的键合特征与薄膜的能带结构密切相关.氢化非晶硅薄膜具有较高的氢含量，因键合氢引 起的价带化学位移和低衬底温度决定的结构无序性，使薄膜呈现较大的光学带隙和带尾宽度 .升 关键词： 氢化纳米硅 螺旋波等离子体 能带结构     

一种新型硅基3C-SiC的生长方法及光谱学表征

采用LPCVD技术, 以CH4和H2混合气体为反应源气, 在n-Si（111）衬底上生长3C-SiC晶体薄膜。H2在反应过程中作为稀释气体和运输气体, CH4作为碳源, 硅源有衬底硅来提供。利用X射线衍射分析仪、场发射扫描电子显微镜、激光拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱分别研究3C-SiC薄膜的晶相结构、表面形貌及其光谱性质。结果表明此生长方法可以成功的成长出3C-SiC薄膜。     

Sr0.61Ba0.39Nb2O6薄膜的电光特性

用激光脉冲沉积(PLD)法在MgO(001)衬底上成功地生长、制备出了外延Sr_0.61Ba_0.39Nb₂O₆(SBN61)电光薄膜;通过SBN61电光薄膜椭偏光谱测量的分析研究,得到了SBN61电光薄膜的光学常数;通过电致双折射方法对生长在(001)MgO衬底上的SBN61薄膜的电光性能进行了测量研究,发现SBN61电光薄膜电致双折射的变化Δn与所加电场E成平方关系,其二次电光系数R=0.21×10^-16(m/V)²。     

Si衬底上磁控溅射法生长MgO薄膜

我们用射频磁控溅射方法,在Si(100)单晶衬底上生长MgO薄膜,借助X射线衍射(XRD)分析发现,我们获得了两种不同晶体结构的MgO薄膜,分别是常规的晶格常数为0.421nm的MgO薄膜和晶格常数为0.812nm的新结构的MgO薄膜.我们研究了溅射气压、衬底温度等工艺参数对两种晶体结构择取的影响.实验表明,高的溅射气压和高的衬底温度有利于晶格常数为0.812nm的新结构的MgO相的形成.在高的气压和温度下,我们制备出了晶格常数为0.812nm,具有很好的4次对称性的MgO外延薄膜.利用原子力显微镜(AFM)研究了这种薄膜的表面形貌.     

富硅氮化硅薄膜的制备及其光学带隙研究

采用双极脉冲磁控反应溅射法在不同参数条件下制备了一系列氮化硅薄膜。利用数字式显微镜和紫外-可见光光谱仪研究了沉积薄膜的表面形貌及其光学带隙,利用共焦显微拉曼光谱仪比较了硅衬底、氮化硅薄膜退火前后的拉曼光谱。结果表明,氮气流量对薄膜的光学带隙影响较大,制备的薄膜主要为富硅氮化硅薄膜。原沉积薄膜的拉曼光谱存在明显的非晶硅和单晶硅峰,退火处理后非晶硅峰减弱或消失,表明薄膜出现明显的结晶化;单晶硅峰出现频移现象,表明薄膜中出现硅纳米颗粒,平均尺寸约为6.6 nm。