金属氧化物薄膜在中波红外光谱区内光学常数色散特性

基于金属氧化物薄膜材料在中波红外波段应用的需求,研究了含水状态的TiO2、HfO2、Ta2O5和Y2O34种金属氧化物薄膜在中波红外波段内(2.5~5μm)光学常数的色散特性。利用电子束蒸发沉积技术,在超光滑的硅表面制备了4种氧化物薄膜,基于洛仑兹振子介电常数色散模型,通过透射率光谱反演计算了4种氧化物薄膜的光学常数。研究结果表明:4种氧化物均有少量的水分子、羟基,水含量从少到多的薄膜依次为TiO2、HfO2、Ta2O5和Y2O3,在远离水吸收的位置,消光系数从小到大的薄膜分别为TiO2、HfO2、Ta2O5和Y2O3;在电子束蒸发沉积工艺条件下,为了降低水的影响,TiO2和HfO2是中红外波段较为理想的金属氧化物薄膜材料。     

光谱法确定离子束溅射Ta_2O_5/SiO_2薄膜的光学常数及其性能

采用双离子溅射的方法,在硅、石英基底上制备了单层Ta2O5、SiO2及双层Ta2O5/SiO2光学薄膜。结合Cauchy色散模型,利用石英基底上单层Ta2O5及双层Ta2O5/SiO2薄膜透射光谱曲线,采用改进的遗传单纯形混合算法,获得了Ta2O5和SiO2薄膜材料在400~700nm波段的光学常数。结果表明,理论分析值与实验测量值取得了很好的一致性,拟合出的单层Ta2O5薄膜折射率误差小于0.001,膜层厚度误差不超过1nm;双层Ta2O5/SiO2薄膜最大折射率误差小于0.004,最大厚度误差小于2.5nm。此外,还对400℃高温环境下双层Ta2O5/SiO2薄膜的微观结构、应力、表面形貌及光学性能变化进行了研究。     

SiO2和HfO2薄膜光学性能的椭偏光谱测量

结合XRD和原子力显微镜等方法,利用椭圆偏振光谱仪测试了单层SiO2薄膜（K9基片）和单层HfO2薄膜（K9基片）的椭偏参数,并用Sellmeier模型和Cauchy模型对两种薄膜进行拟合,获得了SiO2薄膜和HfO2薄膜在300-800nm波段内的色散关系。用X射线衍射仪确定薄膜结构,并用原子力显微镜观察薄膜的微观形貌,分析表明：SiO2薄膜晶相结构呈现无定型结构,HfO2薄膜的晶相结构呈现单斜相结构;薄膜光学常数的大小和薄膜的表面形貌有关;Sellmeier和Cauchy模型较好地描述了该波段内薄膜的光学性能,并得到薄膜的折射率和消光系数等光学常数随波长的变化规律。     

基于透射光谱确定溶胶凝胶ZrO2薄膜的光学常数

基于溶胶凝胶ZrO2薄膜的紫外/可见/近红外透射实验光谱,采用Swanepoel方法结合Wemple-DiDomenico色散模型,方便地导出了ZrO2薄膜在200-1200 nm波长范围内的光学常数,包括折射率、色散常数、膜层厚度、吸收系数及能量带隙.研究发现,溶胶凝胶ZrO2薄膜具有高折射率(1.63-1.93,测试波长为632.8 nm)、低吸收和直接能量带隙(4.97-5.63 eV) 等光学特性,而且其光学常数对薄膜制备过程中的重要工艺参数--膜层后处理温度表现出强烈的依赖性.此外,在膜层的弱吸收和中等吸收光谱区域内,计算得到的折射率色散曲线与分光光度法的测试结果基本符合,说明本实验中所建立的计算方法在确定溶胶凝胶ZrO2薄膜光学常数方面的可靠性.     

单斜相HfO2薄膜弹性常数的第一性原理计算

用电子束蒸发沉积在K9玻璃基底上镀制HfO2薄膜,沉积温度为200℃,蒸发速率为0.03nm/s。由X射线衍射谱可知薄膜出现明显结晶,且为单斜相和正交相混合结构,其中单斜相占明显优势。用Jade5软件分析得到单斜相HfO2的晶格常数a,b,c以及晶格矢量a和c之间的夹角β。基于得到的晶格常数建立了单斜相HfO2薄膜的晶体结构模型。同时建立固态单斜相HfO2的晶体结构模型进行对比。通过密度泛函理论(DFT)框架下的平面超软赝势法,采用两种不同的交换关联函数:局域密度近似(LDA)中的CA-PZ和广义梯度近似(GGA)中的质子平衡方程(PBE),计算了薄膜态和固态单斜晶相HfO2的弹性刚度系数矩阵Cij和弹性柔度系数矩阵Sij,Reuss模型、Voigt模型和Hill理论下的体积模量和剪切模量,材料平均杨氏模量和泊松比。此外还计算得到薄膜态和固态单斜晶相HfO2在不同方向上的杨氏模量。     

基于透射光谱确定溅射Al2O3薄膜的光学（已撤稿）

基于反应磁控溅射Al₂O₃薄膜的紫外—可见—近红外透射实验光谱,采用Swanepoel方法结合Wemple-DiDomenico色散模型,方便地导出了Al₂O₃薄膜在200—1100 nm波长范围内的光学常数,包括折射率、色散常数、膜层厚度、吸收系数及能量带隙.研究发现反应磁控溅射Al₂O₃薄膜具有高折射率(1.556— 1.76,测试波长为550 nm)、低吸收和直接能量带隙(3.91—4.20 eV)等光学特性,而且其光学常数对薄膜制备过程中的重要工艺参数——膜层后处理温度表现出强烈的依赖性.此外,在膜层的弱吸收和中等吸收光谱区域内,计算得到的折射率色散曲线与分光光度法的测试结果基本符合,说明本实验中所建立的计算方法在确定反应磁控溅射Al₂O₃薄膜光学常数方面的可靠性. 关键词： 光学常数 Swanepoel方法 2O₃薄膜')" href="#">Al₂O₃薄膜 热处理     

基于透射光谱确定溶胶凝胶ZrO2薄膜的光学常数

基于溶胶凝胶ZrO₂薄膜的紫外/可见/近红外透射实验光谱，采用Swanepoel方法结合Wemple-DiDomenico色散模型，方便地导出了ZrO₂薄膜在200—1200nm波长范围内的光学常数，包括折射率、色散常数、膜层厚度、吸收系数及能量带隙.研究发现，溶胶凝胶ZrO₂薄膜具有高折射率(1.63—1.93，测试波长为632.8nm)、低吸收和直接能量带隙(4.97—5.63eV) 等光学特性，而且其光学常数对薄膜制备过程中的重要工艺 关键词： 光学常数 Swanepoel方法 2薄膜')" href="#">ZrO₂薄膜 热处理     

用离子束溅射淀积的氧化物薄膜的折射率

介绍了用于波长为1550nm光通讯波分复用／解复用滤光片的离子束溅射的Ta2O5和SiO2薄膜在法里－珀罗多层膜中的折射率的实时所 方法及拟合方法及拟合结果，给出了它们的淀积时间，淀积速率和计算的光学厚度，分析了这些结果的可靠性。     

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.     

金属有机分解法制备的SrTiO3薄膜的光学特性

采用金属有机分解法（MOD）在石英衬底上沉积了SrTiO3薄膜。所制备的薄膜是晶格常数为a=b=c=3.90?的多晶结构。通过测量190—1100nm波段内的透射光谱，采用包络方法计算了薄膜的光学常数（折射率n和消光系数k）。结果表明，采用MOD方法制备的薄膜的折射率大于采用射频磁控溅射、溶胶—凝胶和化学气相沉积方法制备的薄膜的折射率；薄膜的折射率色散关系满足单振子模型，其中振子强度S0为0.88′1014m-2，振子能量E0为6.40eV；薄膜的禁带宽度为3.68eV。     

硅掺杂MgB_2超导薄膜的制备及研究

本文报道了基于混合物理化学气相沉积法(Hybrid physical-chemical vapordeposition,简称为HPCVD),以硅烷热解出的Si原子作硅源,在SiC衬底上原位生长了一系列硅掺杂MgB_2超导薄膜样品.样品中最大硅掺杂量是9%.与纯净的MgB_2薄膜相比较,掺杂样品的超导临界转变温度T_c没有大幅下降,超导临界电流J_c得到了一定提升.在温度为5K,外加垂直磁场为3T的条件下,样品的临界电流密度最大达到2.7×10~5Acm~(-2).同时上临界场H_(c2)在超导转变温度附近对于温度的变化曲线斜率—dH/dT也有一定的提高.     

Substrate dependent growth studies of MgB2 films by electrocrystallization

The comparative study of MgB₂ film growth on Al₂O₃ and glass substrate by electrocrystallization technique is discussed. The precursor magnesium films were deposited by vacuum evaporation method. These magnesium films were then used as electrode for the growth of MgB₂ films by electrocrystallization. The structural, morphological and superconducting properties of the electrocrystallized MgB₂ films on Al₂O₃ substrate were examined by using XRD, SEM and electrical resistivity measurement techniques and compared with that of MgB₂ films grown on glass substrate. The films deposited on Al₂O₃ substrates showed enhanced crystallinity and relatively higher T_c value compared to films deposited on glass substrates.     

TiO2/SiO2多层膜的带隙结构及光催化性能

利用传输矩阵法设计了由SiO2、TiO2组成的多层膜高透射率光子晶体结构,并分析了其透射谱特性,根据等效层原理改变多层膜一维光子晶体的自身结构来提高通带内特征波长附近的透射率,获得了最佳结构参数。研究结果表明,当晶格参数为150nm,填充比为0.346,周期数为6时,400nm波长附近吸收带处的透射率最低也可达96.5%,并且不论是TM模式还是TE模式,入射角在0°～45°范围内仍保持高的透射率,该结构可望用于空气净化装置以提高SiO2、TiO2光催化剂的光催化效率。     

退火温度对TiO_2纳米薄膜酒精气敏特性影响的研究(英文)

采用直流磁控溅射的方法在Al2O3陶瓷管、硅基片上溅射制备了二氧化钛(TiO2)纳米薄膜材料.将薄膜样品放入管式退火炉中分别在500℃, 700℃和1100℃温度下退火.由于退火温度的不同,薄膜的晶体结构、晶粒尺寸、晶向以及气敏特性都有所不同.利用X射线衍射(XRD)技术和薄膜气敏特性测试,分析了退火温度对薄膜气敏特性的影响.分析结果表明退火温度在500℃时,呈现锐钛矿结构,薄膜具有很好的选择性、很短的反应(恢复)时间.对TiO2薄膜表面进行修饰,发现此TiO2薄膜的最佳工作温度为370℃左右.薄膜的气敏机理也得到了讨论.     

化学法制备的HfO2薄膜的激光损伤阈值研究

 采用化学法制备了HfO₂介质膜，研究了热处理、紫外辐照以及Al₂O₃复合对HfO₂介质膜激光损伤阈值的影响。采用红外光谱（FTIR）和X射线衍射仪对薄膜进行了表征，并用输出波长为1.064 μm、脉宽为10 ns的电光调Q激光系统测试薄膜的激光损伤阈值。实验结果表明：采用150 ℃左右的温度对薄膜进行热处理可以提高薄膜的激光损伤阈值，所获得的薄膜的激光损伤阈值高达42.32 J/cm²，比热处理前的激光损伤阈值提高了82%；无机材料Al₂O₃的适量添加能够提高薄膜的激光损伤阈值，其中HfO₂与Al₂O₃的最佳质量配比约为95∶5；另外，对薄膜进行适当的紫外辐照也可改善HfO₂ 薄膜以及HfO₂-Al₂O₃复合薄膜的抗激光损伤性能。紫外辐照对提高HfO₂-Al₂O₃复合薄膜的激光损伤阈值效果尤为显著，辐照40 min后的激光损伤阈值达到44.33 J/cm²，比紫外辐照前的激光损伤阈值提高了90%。     

气相合成SnO2超微粒薄膜研究

用直流气体放电活化反应蒸发法在玻璃基片上沉积的SnO2超微粒薄膜,研究其过程中各工艺参数对薄膜结构的影响及作用机理,结果表明,SnO2超微粒薄膜粒径随氧分压增加而增大;蒸镀时间的延长有助于SnO2的生成,也使薄膜发生晶化;而增加放电电压,则薄膜出现外延单晶生长趋势。     

共溅射和离子注入制备的SiO_2(Eu)薄膜中Eu~(3 )到Eu~(2 )的转变

采用共溅射方法和Eu离子注入热生长的SiO2 方法得到SiO2 (Eu)薄膜 ,Eu离子的浓度为 4%和 0 .5 % .对样品X射线吸收近边结构 (XANES)的研究和分析表明 ,在高温氮气中发生了Eu3 向Eu2 的转变 .SiO2 (Eu)薄膜高温氮气退火下蓝光的发射证明了这一结论     

Continuous photoluminescence, time resolved photoluminescence and optically detected magnetic resonance measurements of PbI2 nanometer-sized particles, embedded in SiO2 films

The nanometer sized particles of PbI₂ were embedded in SiO₂ films. X-ray diffraction and the TEM pictures showed the preservation of the bulk layered structure and symmetry. The PL spectrum of the nano-particles exhibited a pronounced blue shift of the exciton band due to quantum size effect. The Lead Iodide represents an exceptionally small exciton Bohr radius (a_B = 19 Å) and a special case in which m_e m_h. The prepared samples contained particles with mean radii, a, in the range a_B < a < 3a_B. Within this limit (with m_e m_h), the experimental results suggest that the electron is localized nearly at the center of the particle, enabling the hole to move around it. Thus, the size confinement permits the creation of an acceptor-like exciton. The PL spectrum revealed additional states, associated with stoichiometric defects either at the interior or surface sites of the nano-particles. These defects act either as donor or acceptor states. The dynamics of the various recombination processes has been investigated by measuring the time resolved PL spectra. The results show a multiexponential behavior of the various recombination emission bands, indicating the occurrence of trapping and detrapping processes. Analysis of these results suggests that the existence of surface states give rise to these complex radiative decay processes. The correlation between donor-acceptor recombination emission bands in the aforementioned samples and lattice imperfections was examined, utilizing optically detected magnetic resonance (ODMR) spectroscopy. The results identified the following imperfection sites: an acceptor site associated with an isotropic Lead vacancy defect, [V⁻]_pb²⁺ and a donor site, associated with an anisotropic Iodine vacancy, [V⁰]_Iodine.     

TiO_2薄膜的硼掺杂对TiO_2/p~+-Si异质结器件电致发光的增强

利用磁控溅射在重掺硼硅(p+-Si)衬底上分别沉积TiO2薄膜和掺硼的TiO2(Ti O2∶B)薄膜,并经过氧气氛下600℃热处理,由此形成相应的TiO2/p+-Si和TiO2∶B/p+-Si异质结。与Ti O2/p+-Si异质结器件相比,TiO2∶B/p+-Si异质结器件的电致发光有明显的增强。分析认为:TiO2∶B薄膜经过热处理后,B原子进入TiO2晶格的间隙位,引入了额外的氧空位,而氧空位是TiO2/p+-Si异质结器件电致发光的发光中心,所以上述由B掺杂引起的氧空位浓度的增加是TiO2∶B/p+-Si异质结器件电致发光增强的原因。     

MgB2超导多层膜的制备方案

简要叙述了MgB2的发展和制备历史,通过对不同衬底材料上MgB2的反应情况的总结概括以及对不同衬底材料和MgB2的晶体结构和晶格常量的比较,提出一种MgB2超导多层膜的制备方案.