基于包络线法的多孔阳极氧化铝薄膜光学常数的计算

采用二步阳极氧化法在草酸溶液中制备了多孔阳极氧化铝(PAA)薄膜。借助于扫描电子显微镜(SEM)分析了多孔阳极氧化铝薄膜的微观形貌。结果发现,在其表面孔径为30~40nm的六边形孔洞分布均匀,且垂直于表面平行生长。依据PAA透射光谱的实验数据,采用极值包络线算法计算出了PAA薄膜的复折射率以及光学能隙等光学常数。通过分析吸收系数与入射光子能量之间的关系发现,PAA薄膜具有直接带隙半导体的电子结构特征,而且由理论计算得到的PAA的带隙能与其光致发光谱的峰位能是一致的。     

高质量多孔氧化铝模板的制备

在草酸电解液中研究了阳极氧化法制备多孔氧化铝模板(AAO模板)。采用场发射扫描电子显微镜对多孔模板的形貌进行表征,结果表明:模板孔的分布均匀有序,孔径在40~70 nm;电解液浓度、氧化电压、氧化温度和氧化时间都会影响模板的形态;不经过高温退火及抛光也可以制得规则排布的多孔AAO模板。X射线衍射分析表明:氧化铝膜的主要成分为非晶态Al2O3。     

通孔阳极氧化铝膜的制备及其性能的研究

在15% H₂SO₄阳极氧化液中添加硝酸镨制备阳极氧化铝(AAO)膜以提高AAO膜的性能,采用化学腐蚀和微波处理相结合的方法,去除AAO膜的阻挡层,制备通孔的AAO膜。分别研究镨的添加量、氧化电压对AAO膜的厚度和硬度的影响及腐蚀时间、微波处理时间分别对AAO膜的阻挡层的影响,分别用能谱和扫描电镜等对AAO膜进行了表征。在15% H₂SO₄阳极氧化液中添加硝酸镨,制备出的AAO膜具有更大的厚度和硬度,当氧化电压为23 V时,在15% H₂SO₄+0.14 Pr g·L-1混合液中制备的AAO膜的厚度和硬度分别为162 μm和275.1 HV,与在阳极氧化液为15% H₂SO₄溶液中制备的AAO膜的厚度和硬度(150 μm和224.8 HV)相比,分别提高8.0%和22.4%。当氧化电压在19～23 V范围时,AAO膜的厚度随着氧化电压的增大而增加;AAO膜的硬度随着氧化电压的增大而减小。将AAO膜在35 ℃和5% H₃PO₄溶液中腐蚀13 min,再用超声波处理10 min,可得到通孔的AAO膜。腐蚀后AAO膜表面絮状物为Al₂O₃。     

电子束蒸发法在多孔氧化铝膜上制备银纳米点阵列

采用二步阳极氧化法在草酸溶液中制备了高度有序的多孔阳极氧化铝(Porous Anodic Alumina,PAA)薄膜。以多孔氧化铝薄膜为模板,采用真空电子束蒸发的方法在多孔氧化铝模板上制备出了高度有序的金属银纳米点阵列体系。扫描电镜(SEM)测试结果表明,所制备的金属银纳米点阵列与多孔阳极氧化铝膜的多孔阵列具有完全相同的有序结构,阵列中银纳米颗粒的形状接近球形,其直径大约为70nm,与氧化铝模板的孔径基本一致。研究了高度有序银纳米点阵列的形成过程。     

Ni、Co/AAO纳米有序阵列复合结构光吸收特性的比较研究

在多孔阳极氧化铝(AAO)模板中分别沉积金属镍(Ni)、钴(Co),制备了Ni／AAO和Co／AAO纳米有序阵列复合结构,对其光吸收特性进行了比较研究。实验结果表明．相同结构参量的模板中,Ni、Co纳米粒子的表观形状随沉积时间的变化规律基本一致．但Co/AAO及Ni／AAO复合结构的光吸收特性却有较大差异。Ni／AAO复合结构表现出间接带隙半导体的光学特征．而Co／AAO复合结构具有直接带隙半导体的光学特征。同时,随金属沉积量的增加,Ni／AAO吸收边的红移量仅约为13nm．而Co/AAO复合结构的吸收边红移量却超过了80nm。用Maxwell-Garnett(M-G)理论分析了导致二者光吸收特性存在较大差异的主要原因。     

基于阳极氧化铝纳米光栅的薄膜硅太阳能电池双重陷光结构设计与仿真

本文提出了表面和底部均带有阳极氧化铝(AAO)纳米光栅的薄膜硅太阳能电池双重陷光结构,利用FDTD软件仿真研究了AAO纳米光栅的周期、厚度和占空比对薄膜硅太阳能电池短路电流密度的影响,并对AAO结构参数进行了优化.仿真结果表明,表面AAO最佳结构参数是周期440 nm,厚度75 nm,占空比0.5,底部AAO最佳结构参数是周期380 nm,厚度90 nm,占空比为0.75.双重AAO组合陷光结构可有效增加薄膜硅太阳能电池在280—1100 nm范围内的光吸收,吸收相对增强可以达到74.44%.     

低能氩离子束对多孔铝阳极氧化膜表面的刻蚀效应研究

用低能氩离子束(Ar⁺)处理了多孔铝阳极氧化膜(AAO)表面.扫描电子显微镜和原 子力显微镜结果表明，Ar⁺束刻蚀不仅可以有效地去除AAO反面阻挡层，还可使A AO表面产生多种特殊的形貌，如采用倾角入射可使其表面产生波纹，倾角入射同时旋转样品 台，可实现表面抛光.并结合Bradley和Harper提出的无定形材料表面波纹的形成和演化理论 解释了AAO表面波纹的特征. 关键词： 多孔铝阳极氧化膜 离子束刻蚀     

AAO模板吸收光谱变化及红移现象研究

阳极氧化铝(AAO)模板作为一种制备表面增强拉曼散射光谱(SERS)基底的工具被广泛使用。为了制备SERS效果更好的基底, 研究AAO模板自身的属性显得极为重要。本文以0.4 mol/L的草酸为电解液制备出高度有序的AAO模板。发现其吸收光谱在203、250、275 nm处有三个吸收峰, 其中203和275 nm处的吸收峰, 分别由F心(带两个电子的氧空位)和F+心(带一个电子的氧空位)产生。而250 nm处的吸收峰, 由制备过程中引入的草酸根离子产生。并给出了随着退火温度升高250、275 nm的吸收峰消失的合理解释。通过对不同氧化时间、氧化电压下制备的AAO模板吸收光谱的研究, 发现延长氧化时间对AAO模板吸收带边的红移影响不大, 而升高氧化电压则使AAO模板的吸收带边出现了明显红移。表明氧化电压的升高对AAO模板的内部结构及缺陷的变化影响极大。     

多孔氧化铝薄膜的制备和光学特性研究

采用阳极氧化法制备了二维有序纳米孔氧化铝膜.研究了工艺参数对多孔薄膜有序性、孔径、膜厚度等的影响，测量了多孔氧化铝有序膜的光透过、光吸收和光发射等光学特性.结果表明，在波长360 nm附近多孔氧化铝有序膜的光透过谱线和光吸收谱线发生突变，波长大于360 nm时，光透过增强；波长小于360 nm时，光吸收增强.多孔氧化铝有序膜的光致发光强度和峰位与激发光波长有关，光致发光谱范围在340~600 nm.     

虹彩环形结构色氧化铝薄膜的制备与研究

在草酸电解液中, 利用一次电化学氧化法成功的制备了孔洞深度和孔径由薄膜中心向外呈对称性递减的新型氧化铝薄膜, 且氧化铝薄膜呈现出虹彩环形结构色. 通过控制氧化电压和氧化时间可以调控虹彩环的疏密程度. 对草酸电解液中具有虹彩环形结构色氧化铝薄膜形成机理的理论分析表明, 在阳极电化学反应过程中, 阴极碳棒的作用效果类似点电极, 理论分析的结果与本文的实验现象相符合.     

Effect of varying pore size of AAO films on refractive index and birefringence measured by prism coupling technique

Anodic aluminum oxide (AAO) films with different pore sizes were prepared to modulate the effective refractive index and birefringence. To investigate the relationship between the refractive index and the pore size of the AAO film, optical constants were obtained using a prism coupler with various lasers. With experimental results, the dispersion curve of alumina itself without pores was extracted using a theoretical anisotropic model. We demonstrated that AAO films could offer a wide range of refractive index and birefringence values for optical device applications. Furthermore, index profiles as a function of the thickness of the AAO films were obtained by inverse Wentzel-Kramer-Brillouin approximation to examine the optical homogeneity.     

Tunable structural color of anodic tantalum oxide films

Tantalum(Ta) oxide films with tunable structural color were fabricated easily using anodic oxidation.The structure,components,and surface valence states of the oxide films were investigated by using gazing incidence X-ray diffractometry,X-ray photoelectron microscopy,and surface analytical techniques.Their thickness and optical properties were studied by using spectroscopic ellipsometry and total reflectance spectrum.Color was accurately defined using L*a*b* scale.The thickness of compact Ta2O5 films was linearly dependent on anodizing voltage.The film color was tunable by adjusting the anodic voltage.The difference in color appearance resulted from the interference behavior between the interfaces of air-oxide and oxide-metal.     

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。     

Optical characterization of thin thermal oxide films on copper by ellipsometry

A complete optical characterization in the visible region of thin copper oxide films has been performed by ellipsometry. Copper oxide films of various thicknesses were grown on thick copper films by low temperature thermal oxidation at 125 °C in air for different time intervals. The thickness and optical constants of the copper oxide films were determined in the visible region by ellipsometric measurements. It was found that a linear time law is valid for the oxide growth in air at 125 °C. The spectral behaviour of the optical constants and the value of the band gap in the oxide films determined by ellipsometry in this study are in agreement with the behaviour of those of Cu₂O, which have been obtained elsewhere through reflectance and transmittance methods. The band gap of copper oxide, determined from the spectral behaviour of the absorption coefficient was about 2 eV, which is the generally accepted value for Cu₂O. It was therefore concluded that the oxide composition of the surface film grown on copper is in the form of Cu₂O (cuprous oxide). It was also shown that the reflectance spectra of the copper oxide–copper structures exhibit behaviour expected from a single layer antireflection coating of Cu₂O on Cu. Received: 19 July 2001 / Accepted: 27 July 2001 / Published online: 17 October 2001