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.     

垂直扫描白光干涉表面三维形貌测量系统

依据白光干涉理论,研制了垂直扫描白光干涉表面三维形貌测量仪。重点对实现垂直扫描运动的工作台进行了分析。所研制的测量系统具有1nm的垂直分辨力,可用于表面粗糙度、台阶、膜厚、球面等三维形貌测量。     

基于液相AFM及干涉频谱法的多孔氧化铝薄膜在线测量系统研究

介绍了多孔氧化铝薄膜(PA)厚度在线测量系统的工作原理、系统结构及独特性能。在白光(宽光谱)照射下,薄膜的上表面和下表面反射的两路光线发生干涉,产生了携带薄膜光学厚度信息的反射光谱。同时,利用液相原子力显微镜(AFM)实时获得的PA膜的表面形貌信息,根据膜系统的Maxwell-Garnette有效介电常数理论,经相干势近似计算得到薄膜的有效折射率,进而得到此时PA膜的物理厚度。使用该系统对PA膜氧化制备过程进行了在线扫描和膜厚测量试验,成功的获得了PA样品的实时表面形貌图像,得到样品的孔隙率和有效折射率。并根据样品反射光谱,利用反射干涉频谱法计算得到氧化150和180 min时,PA膜厚分别为5.35和6.25 μm。本系统具有测量简便、实时性好、无损及测量精确的特点,在实时测量和监控膜厚的同时可获得样品的表面形貌、孔隙率、有效折射率等信息。     

中心波长为13．9nm的正入射Mo／Si多层膜

用由铜靶激光等离子体光源等组成的反射率计对自行设计的周期厚度为7.14nm的120层Mo/Si多层膜进行极紫外(EUV)波段反射率测量。由于多层膜层数增加所引起的吸收、膜层界面之间的扩散以及镀膜过程中的膜厚控制误差或表面被氧化(污染)等原因,正入射Mo/Si多层膜在13.9nm处的反射率低于理论计算值73.2%,最后用原子力显微镜(AFM)测量其表面粗糙度为σ=0.401nm。     

（La0．6Nd0．4）0．7Sr0．3MnO3薄膜的厚度依赖的结构与输运性

厚度为6～100 nm的(La0.6Nd0.4)0.7,Sr0.3MnO3(LNSMO)薄膜是由脉冲激光沉积生长在SrTiO3[STO(001)]衬底上.X-射线衍射(XRD)线扫描、ω-摇摆曲线和倒空间衍射显示,随着膜厚(t)的变化,薄膜的结构经历了由完全应变到部分弛豫的变化.电阻测量显示存在两个不同的厚度依赖的金属-绝缘体转变温度(Tp),对于应变的薄膜(t≤17 nm),Tp敏感地依赖于双轴应变和膜厚;而对较厚的薄膜(t≥35nm),Tp对于膜厚是较小敏感的.这个厚度依 赖的输运性的变化可被解释为菱形LNSMO的角度畸变诱导的应变和弛豫.我们的结果表明金属-绝缘体转变温度和相分离都受薄膜的应变态控制.     

低真空条件下制备的银薄膜的电阻率特性及结构

研究了在2.2 Pa低真空条件下用直流溅射法制备的银薄膜的电阻率特性和薄膜结构.实验表明,薄膜厚度对薄膜电阻率有显著影响,随膜厚的增加薄膜电阻率降低,在膜厚大于200 nm时趋于稳定,电阻率为2.54×10-8Ω.m.薄膜表面和晶粒间界对传导电子的散射导致了银薄膜电阻率的尺寸效应.研究结果表明,可以在2.2 Pa的低真空条件下制备金属银薄膜,将银靶用于目前大学物理实验课中金属薄膜制备及金属薄膜电阻率测量实验是可行的.     

金属薄膜厚度的测量

本文介绍电阻法测量金属薄膜的厚度,并与光干涉法测量的结果进行比较,完全满足实验教学的要求,电阻法测金属膜厚,所用仪器价廉,操作简单,此决可广泛用于学生镀膜实验膜厚的测量。     

白光干涉测量超薄透明电极ITO薄膜的厚度

随着平板显示技术的发展,透明电极ITO膜的厚度越来越薄。为了测试这种极薄的ITO膜,本文通过改进已有的频域分析算法,以便测试膜厚在20~150 nm之间的ITO膜。与现有算法相比,该算法有效改进了各个波长的位相解析精度。实验结果表明,待测透明电极薄膜的厚度为90~104 nm,其结果和标定值一致,证明了该算法能够测量膜厚小于100 nm的透明电极ITO薄膜。     

微通道板电子透射膜的工作特性

利用静电贴膜技术在MCP输入面制备了4 nm厚Al2O3非晶态电子透射膜,此工艺不造成MCP通道壁内表面碳污染. 探讨了贴膜与气体辉光放电的关系,测量了MCP电子透射膜的电子透过特性和离子阻挡特性. 实验表明,4 nm厚Al2O3非晶态电子透射膜能有效地透过电子,阻止反馈离子.     

自支撑Zr膜制备及软X射线透过性能研究

软X射线波段滤光膜材料大都为自支撑金属薄膜,实验室环境下自支撑薄膜长期与空气接触表面易氧化,空气中的杂质原子进入自支撑薄膜内部,致使自支撑膜光学性能大幅下降.5 nm至20 nm软X射线波段Zr具有较低的质量吸收系数和较小的密度,在该波段Zr滤光膜透过率较高.采用脱模剂法制备自支撑Zr膜,在洁净的浮法玻璃上蒸镀一层NaCl做为脱膜剂,直流磁控溅射沉积Zr膜,脱膜后的到自支撑Zr膜.为防止薄膜表面氧化及空气中杂质原子进入薄膜内部,在Zr膜两面各直流磁控溅射沉积一层10 nm厚的C或Si膜作为保护膜,得到C/Zr/C、Si/Zr/Si复合膜,测试结果显示C或Si膜的引入对于自支撑Zr膜光学性能基本无影响.     

基于X射线掠射法的纳米薄膜厚度计量与量值溯源研究

为了实现纳米薄膜厚度的高精度计量,研制了可供台阶仪、扫描探针显微镜等接触测量的纳米薄膜样片,研究了X射线掠射法测量该纳米薄膜样片厚度的基本原理和计算方法,导出了基于Kiessig厚度干涉条纹计算膜层厚度的线性拟合公式,并提出了一种可溯源至单晶硅原子晶格间距和角度计量标准的纳米膜厚量值溯源方法,同时给出了相应的不确定度评定方法.实验证明:该纳米薄膜厚度H测量相对扩展不确定度达到U=0.3 nm+1.5%H,包含因子k=2.从而建立了一套纳米薄膜厚度计量方法和溯源体系.     

酞菁铜/金属薄膜界面电位与光二次谐波特性分析

采用Kalvin探针和光二次谐波 (SecondHarmonicGeneration ,SHG)方法研究了铜酞菁衍生物 (Coppertetra tert butylPhthalocyanine ,CuttbPc )LB(Langmuir Blodgentt)膜与金属 (Al、Au)界面的空间电荷现象与非线性光学效应 .检测到空间电荷感应电场 (SpaceChargeInducedElectricField ,SCIEF)形成的表面电位与金属功函数有关 ,并随膜厚变化趋于饱和值 .尽管酞菁分子为中心对称体系 ,但仍有SHG效应 ,并观察到CuttbPc/Al样品在 12 6 0nm附近有异常增强的SH信号 ,而CuttbPc/Au样品未见该峰 .根据样品结构的物理模型 ,运用电磁场理论分析了界面电介质的非线性极化特性和光学效应产生机制 ,初步认为CuttbPc/Al的SH增强峰源于SCIEF形成的较强表面电位 ,说明SH信号的产生与界面静电现象有密切关系 .     

Surface-plasmon-assisted electromagnetic field enhancement in semiconductor quantum dots

The temporal development of incident electromagnetic plane waves across semiconductor quantum dots (QDs) is analyzed by the finite-difference time-domain method. By coating the QDs using thin metal films, surface plasmon polaritons (SPPs) can be created. As illustration, our modeling approach is applied to fluorescent multiphoton quantum dots made of cadmium sulphide of particular size (3.7 nm) and energy band gap (2.67 eV). When such a QD is coated by a metal film, a dipole-formed SPP is generated at the external surface of the coated QD by the incident electromagnetic wave with a photon energy of 1.34 eV corresponding to a two-photon process. When the thickness of the metal film is 0.37 nm, the peak intensity of the SPP oscillates through both the thin metal film and the core QD, resulting in an electromagnetic field inside the QD enhanced by a factor of 10, and thus an increased two-photon excitation that can be useful for bioimaging applications. Further increasing the metal film thickness blockades the SPP initially generated at the external surface of the coated QD from penetrating through the metal film, reducing the electromagnetic field inside the QD. PACS 73.22.-f; 78.67.Hc     

基于Au/ITO纳米复合材料的自参照SPR传感器

利用Au/ITO纳米复合材料设计了一种自参照表面等离子体共振传感器.该传感器产生的光谱有两个共振峰,即共振峰1和共振峰2.共振峰1随着待测介质折射率和入射角的变化产生漂移,而共振峰2仅随入射角的变化产生漂移,两个共振峰相互参照,降低了入射角偏移对测量结果的影响,提高了测量的准确性.在纳米复合材料的4种不同体积分数下,仿真分析了入射角、待测介质折射率和薄膜厚度变化对两个共振波长的影响.在入射角θ为80°,且金的体积分数f为0.65,薄膜厚度d为40nm和45nm,或金的体积分数f为0.85,薄膜厚度d为45nm和50nm时,共振峰2不随待测介质折射率的变化而变化,只有共振峰1随待测介质折射率的变化而变化,达到自参照传感器的理想状态.     

一种基于荧光信号的海面厚油膜评估方法

油膜厚度是海面溢油污染评估分析的一个重要指标,激光诱导荧光(LIF)技术是目前最有效的海面溢油探测技术之一,基于LIF探测技术的油膜厚度反演算法当下仅有适用于薄油膜(≤10~20 μm)的评估方法,而对于较厚油膜(>20 μm)的评估目前尚无有效的反演算法。鉴于此,提出一种基于LIF技术适用于较厚油膜的反演算法,该算法采用油膜荧光信号反演油膜厚度,推导了油膜厚度反演公式,并给出了基于该反演算法的油膜厚度评估方法。首先采用最大类间方差算法(Otsu)选取合适的荧光光谱波段,然后根据选取波段内每个波长的光谱数据反演油膜厚度,最后采用反演油膜厚度的平均值作为油膜厚度评估结果。研究了该算法的适用范围,给出了该算法有效评估范围最大值与测量相对误差的关系,并结合消光系数给出了在多种测量误差条件下不同消光系数油品有效评估范围的最大值。通过实验对本文方法进行了验证,选用原油和白油的混合油(1∶50)作为实验油品,以波长为405 nm的激光作为激发光源,采集波长范围为420～750 nm,采集了海水背景荧光和拉曼散射光光谱、实验油品的荧光特征光谱和多种不同厚度的较厚油膜的荧光光谱。采用Otsu算法选取420～476 nm波段评估油膜厚度,在实验油品油膜厚度≤800 μm时,该算法对油膜厚度的评估具有较高的精度,平均误差为10.5%;在油膜厚度>800 μm时,平均误差为28.8%,评估误差较大且随油膜厚度的增加快速变大,该实验结果与利用测量相对误差和消光系数的分析结果一致。实验结果表明,该方法可以实现对海面较厚油膜厚度的有效评估,并可以根据测量相对误差和消光系数判断评估结果的有效性。     

基于表面等离子体共振和定向耦合的D形光子晶体光纤折射率和温度传感器

利用光子晶体光纤结构的灵活性和性能的优越性, 设计了一种基于D形光子晶体光纤的折射率和温度传感器. 在D形光子晶体光纤表面抛磨并镀上金纳米薄膜, 作为表面等离子体共振传感通道用来测量液体折射率; 在包层的一个空气孔中填充温敏液体甲苯, 作为定向耦合通道实现对温度的测量. 进一步的数值计算发现, 基于定向耦合效应的温度传感和基于表面等离子体共振的折射率传感相互独立, D形光子晶体光纤同时进行折射率和温度传感检测. 在各向异性的完美匹配层边界条件下利用全矢量有限元法对该传感器特性进行了数值研究, 发现D形光子晶体光纤的空气孔直径决定了定向耦合吸收峰的中心波长和温度传感的灵敏度, 金薄膜的厚度和D形结构的抛磨深度仅影响表面等离子体共振峰的相对强度. 结果表明: 该传感器在-10–80 ℃的温度范围内具有11.6 nm/℃的温度灵敏度, 在1.34–1.44折射率范围内折射率灵敏度最高可达26000 nm/RIU.     

Study on metal microparticle content of the material transferred with Absorbing Film Assisted Laser Induced Forward Transfer when using silver absorbing layer

Absorbing Film Assisted Laser Induced Forward Transfer (AFA-LIFT) is a modified LIFT method where a high absorption coefficient thin film coating of a transparent substrate is used to transform the laser energy into kinetic in order to transfer the “target” material spread on it. This method can be used for the transfer of biomaterials and living cells, which could be damaged by direct irradiation of the laser beam. In previous experiments, ∼50-100 nm thick metal films have been used as absorbing layer. The transferred material can also contain metal microparticles originating from the absorbing thin film and acting as non-desired impurities in some cases. The aim of our work was to study how the properties (number, size and covered area) of metal particles transferred during the AFA-LIFT process depend on film thickness and the applied fluence. Silver thin films with different thickness (50-400 nm) were used as absorbing layers and real experimental conditions were modeled by a 100 μm thick water layer. The particles transferred without the use of water layer were also studied. The threshold laser fluence for the complete removal of the absorber from the irradiated area was found to strongly increase with increasing film thickness. The deposited micrometer and submicrometer particles were observed with optical microscope and atomic force microscope. Their size ranged from 100 nm to 20 μm and depended on the laser fluence. The increase in fluence resulted in an increasing number of particles of smaller average size.     

Measurement of the thickness profile of a transparent thin film deposited upon a pattern structure with an acousto-optic tunablefilter

A simultaneous volumetric thickness-profile measurement method based on an acousto-optic tunable filter for transparent film deposited upon pattern structures is described. The nondestructive thickness profilometer prevents the destruction of samples such as one encounters in using a scanning-electron microscope and provides good accuracy. The information on the volumetric thickness profile is obtained through least-squares fitting with a phase model, ?(model)(k)=2kh+? (k, d)+(offset) , which has three unknowns: surface profile h, thickness d, and an indeterminate initial phase offset. Accurate phase information in the spectral domain can be obtained by introduction of the concept of spectral carrier frequency. Experimental results for a metal patterned sample show that the volumetric thickness profile can be determined within an error range of ~10 nm .     

环形狭缝腔阵列光学特性的研究

设计了一种六角密排的二维环形纳米腔阵列结构, 利用时域有限差分算法对该结构的光学特性进行了探究. 仿真结果表明, 在线性偏振光入射时, 环形腔内可以形成多重圆柱形表面等离激元谐振, 谐振波长的个数和大小与环形腔的结构参数相关. 根据透、反射光谱, 电场矢量的模式分布及截面电荷密度的分布, 谐振波长处形成圆柱形表面等离激元, 谐振波长处入射光能量大部分在环形腔内损耗, 此时反射率为极小值, 环形腔内的电场增强效应为极大值(光强增强可达1065倍). 谐振波长与环形腔的结构参数(狭缝内径、狭缝外径、膜厚、环境介质折射率、金属的材质)相关, 通过调节结构参数, 谐振波长在350–2000 nm范围内可调. 通过对比相同结构参数的单个环形腔和环形腔阵列的仿真结果, 周期排布对环形腔内的圆柱形表面等离激元吸收峰位置影响不明显. 该结构反射光谱对入射光电矢量偏振方向不敏感. 谐振波长的可调控性对于表面拉曼增强和表面等离激元共振传感器的设计与优化具有指导性意义, 且应用于折射率传感器时灵敏度可达1850 nm/RIU.     

Influence of input electrode of micro-channel plate on opening area ratio and its improvement北大核心CSCD

微通道板作为一种关键的电子倍增器件,广泛应用于诸多领域。分析了NiCr膜层作为微通道板的输入端电极时,对微通道板开口面积比的影响,建立了理论模型,计算了膜层厚度、镀膜深度等参数对开口面积比的影响。开展了2种减小开口面积比损失的镀膜研究:一是进行工艺调整,减弱合金蒸发的分馏效应,降低电极膜层的电阻率,开口面积比损失量降低约2%;二是改变镀膜方式,使用Ni、Cr金属单质镀制叠层薄膜,在镀膜过程中调控镍、铬的比例,将输入端电极中镍比例升高,同样可以降低电极膜层的电阻率,在满足面电阻要求的前提下,可减薄输入端膜层至86 nm,与300 nm厚度的常规镍铬合金膜层相比,MCP输入端的开口面积比损失量降低3%~4%,MCP增益提升6%。