金刚石薄膜的红外椭圆偏振光谱研究

采用红外椭圆偏振光谱对微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD）和热丝化学气相沉积法（H-FCVD）制备的金刚石薄膜在红外波长范围（2.5—12.5μm）的光学参数进行了测量.建立了不同的光学模型，且在模型中采用Bruggeman有效介质近似方法综合考虑了薄膜表面和界面的椭偏效应.结果表明，MPCVD金刚石膜的椭偏数据在模型引入了厚度为77.5nm的硅表面氧化层、HFCVD金刚石膜引入879nm粗糙层之后能得到很好的拟合.最后对两种模型下金刚石薄膜的折射率和消光系数进行了计算，表明MPCVD金刚石薄膜的红外 关键词： 金刚石薄膜 红外椭圆偏振光谱 光学参数 有效介质近似     

椭偏光谱与椭圆旋向

椭圆偏振光谱因其独特的优点广泛应用于薄膜科学和技术中。光度法椭圆偏振光谱中椭圆旋向是不能直接确定的，从而不能确定椭偏参数△。这一定程度上有碍椭圆偏振光谱的应用。本文引入克拉末－克朗尼格关系，推导出椭偏参数的ψ－△关系，从频谱的信息得出椭圆旋向，并比较了其应用的结果。表明由此可实现实验数据从「ｔａｎψ（ω），ｃｏｓ△（ω）」谱到「ψ（ω），△（モ     

椭圆偏振光谱中的主角测量条件分析

对椭圆偏振光谱中的主角测量条件进行了分析。当入射角等于主角 θp 时 ,椭偏参数的相位为 90°,据此给出了当材料的介电函数已知时对θp 进行数值和解析计算的公式和方法 ,并可相应地计算出椭偏参数的幅值 ρp0 。在θp 入射角下测量可获得较高的数据精度。主角条件下椭偏参数 ρp0 及其相位Δp 的实验测量结果与计算值符合得很好。本工作给出的计算公式和方法可在其他光谱实验中获得应用。     

氧分压对磁控溅射制备ZnO薄膜的结构及光学特性的影响

采用射频反应磁控溅射法在玻璃衬底上成功制备出具有c轴高择优取向的ZnO薄膜,利用X射线衍射及紫外-可见吸收和透射光谱研究了氧分压变化对ZnO薄膜的微观结构及光吸收特性的影响。结果表明,当工作气压恒定时,用射频反应磁控溅射制备的ZnO薄膜的生长行为主要取决于成膜空间中氧的密度,合适的氧分压能够提高ZnO薄膜的结晶质量;薄膜在可见光区的平均透过率达到90%以上,且随着氧分压的增大,薄膜的光学带隙发生了一定程度的变化。采用量子限域模型对薄膜的光学带隙作了相应的理论计算,计算结果与对样品吸收谱所作的拟合结果符合较好,二者的变化趋势完全一致,表明ZnO纳米晶粒较小时,薄膜光学带隙的变化与量子限域效应有很大关系。     

玉米蛋白质基底上射频磁控溅射法制备ZnO薄膜

采用射频磁控溅射方法在蛋白质基底上成功地制备了ZnO薄膜,研究了不同靶基距、氩氧比和溅射功率条件对ZnO薄膜性质的影响。结果表明,较小的靶基距有助于ZnO薄膜的c轴择优取向生长。我们还发现,沉积于玉米蛋白质基底的ZnO薄膜存在不同程度的张应力,当Ar/（Ar+O₂）为0.7时,ZnO薄膜内的张应力最小。ZnO近带边发光峰有不同程度的红移,我们认为,这是由于晶界势垒和氧空位V_o造成的。随着溅射功率的增大,薄膜生长速率显著加快,晶粒尺寸增大,ZnO的近带边发光峰位逐渐趋向于理论值。     

磁控溅射制备ZnO薄膜及其声表面波特性

通过射频磁控溅射技术在GaAs，Au/GaAs，Si和玻璃基片上成功制备了ZnO多晶薄膜，利用X射线衍射对ZnO薄膜的取向、结晶性进行了表征，结果表明ZnO薄膜呈完全c轴取向，Au缓冲层可以有效地改善ZnO薄膜的晶体质量，X射线摇摆曲线结果表明ZnO(002)衍射峰的半高宽仅为2.41°，同时发现Au缓冲层的结晶质量对ZnO薄膜的c轴取向度有很大影响，通过扫描电子显微镜对ZnO/GaAs和ZnO/Au/GaAs薄膜的表面形貌进行了观测，利用网络分析仪对IDT/ZnO/GaAs薄膜的声表面波特性进行了测量. 关键词： ZnO薄膜 X射线衍射 声表面波     

椭圆偏振光谱法教学中的解谱建模渗透

利用椭偏光谱技术可以快速准确地获得薄膜的厚度、光学常数等信息,在材料学本科及研究生相关专业的教学中占有重要地位.但教学中大多注重理论原理分析,而对于椭偏解谱建模较少涉及.本文较全面地介绍了解谱中常用的各种模型并详细阐述了各自的适用范围,进一步通过应用实例系统研究了椭偏解谱建模的方法和技巧.     

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。     

磁控溅射制备ZnO薄膜的结构及发光特性研究

采用射频反应磁控溅射法在玻璃衬底上制备出具有c轴高择优取向的ZnO薄膜,利用X射线衍射、扫描探针显微镜及荧光分光光度法研究了生长温度对ZnO薄膜微观结构及光致发光特性的影响。结果表明,合适的衬底温度有利于提高ZnO薄膜的结晶质量;在室温下测量样品的光致发光谱(PL),观察到波长位于400 nm左右的紫光、446 nm左右的蓝色发光峰及502 nm左右微弱的绿光峰,随衬底温度升高,样品的PL谱中紫光及蓝光强度逐渐增大,同时,绿光峰的强度也表现出一定程度的增强。经分析得出紫光应是激子发光所致,而锌填隙则是引起蓝光发射的主要原因,502 nm左右的绿光峰应该是氧的深能级缺陷造成的。此外,还测量了样品的吸收谱,并结合样品吸收谱的拟合结果对光致发光机理的分析作了进一步的验证。     

多孔氧化硅薄膜阴极射线谱的研究

采用近常压下等离子体增强化学气相沉积的方法制备得到多孔氧化硅薄膜,并在沉积区域加载偏压对薄膜形貌和性质进行调制。扫描电镜显示偏压条件下沉积的薄膜更加蓬松多孔,常温下阴极射线谱表明:增大偏压的占空比,CL谱中发光峰的位置并不改变,但谱线强度增大。发光峰的位置说明薄膜中的主要成分是Si-O-Si基团,且该种基团以非桥键的形式存在,薄膜中还存在少量的Si-H键,这与红外光谱测试结果一致。X射线衍射结果表明薄膜中的SiO2是非晶态的。     

射频磁控反应溅射制备的Ag2O薄膜的椭圆偏振光谱研究

Ag₂O薄膜在新型超高存储密度光盘和磁光盘方面具有潜在的应用前景.利用射频磁控反应溅射技术, 通过调节衬底温度在沉积气压为0.2 Pa、氧氩比为2:3的条件下制备了一系列Ag₂O 薄膜.利用通用振子模型(包括1个Tauc-Lorentz振子和2个Lorentz 振子)拟合了薄膜的椭圆偏振光谱.在1.5-3.5 eV能量区间,薄膜的折射率在2.2-2.7之间, 消光系数在0.3-0.9之间. 在3.5-4.5 eV能量区间,薄膜呈现了明显的反常色散,揭示Ag₂O薄膜的等离子体振荡频率在 3.5-4.5 eV之间. 随着衬底温度的升高,薄膜的光学吸收边总体上发生了红移, 该红移归结于薄膜晶格微观应变随衬底温度的升高而增大. Ag₂O薄膜的光学常数表现出典型的介质材料特性.     

用消光式椭圆偏振仪测薄膜的椭圆偏振光谱

我们提出一种简便宜行的测试方法，即利用固定波长下的消光椭圆偏振仪中补偿器材料的色散曲 线计算对不同波长的光产生的位相差，实现可变波长的消光椭圆偏振测量．以Ｓｉ－ＳｉＯ２膜为例测椭圆 偏振光谱和理论计算，两者结果一致。     

直流磁控溅射氮化铁薄膜生长的动力学标度

利用直流磁控溅射方法,以Ar/N2作为放电气体,通过改变放电气体中N2的流量(N2流量比分别为5%,10%,30%,50%)及溅射时间(160,30,20,10,5min),在玻璃衬底上沉积了FexN薄膜。用X射线光电子能谱(XPS)方法确定了不同N2流量下薄膜的成分;X射线衍射(XRD)方法分析了不同N2流量下的FexN薄膜结构,当N2流量比为5%时获得了FeN0 056相,10%时为ε Fe3N相,30%和50%流量比下均得到FeN相。利用原子力显微镜(AFM)和掠入射X射线散射(GIXA)方法研究了膜表面的粗糙度和形貌,发现随着N2流量的增加,薄膜表面光滑度增加,薄膜表面呈现自仿射性质。动力学标度方法定量分析表明:薄膜表面因不同N2流量的影响而具有不同的动力学指数,当氮气流量比为5%时,静态标度指数α≈0 65,生长指数β≈0 53±0 02,薄膜生长符合基于Kolmogorov提出的能量波动概念的KPZ模型指数规律。     

氮化铬过渡层对四面体非晶碳薄膜在高速钢基底上附着特性影响的研究

利用磁过滤阴极电弧与磁控溅射相结合的薄膜沉积技术在高速钢基底上 制备了氮化铬/四面体非晶碳(CrN/ta-C)复合涂层, 通过改变过渡层氮化铬(CrN)的制备工艺, 研究了四面体非晶碳(ta-C)薄膜在钢基底材料上的附着特性的变化. 结果表明, 随着氮气流量的增大, CrN/ta-C复合涂层中的氮化铬经过了Cr-Cr₂N-CrN的相变过程. 同时涂层的附着力也随着氮气流量的增大而增加, 但是当氮气流量超过30 sccm时, 涂层附着力会有所下降; 通过改变基片偏压, 复合涂层中氮化铬的择优取向与晶粒结构发生改变, 随着偏压的增大, 涂层附着力也会大大改善, 但是当偏压超过200 V, 涂层附着特性会略微降低. 通过涂层耐磨性的测试也表明, 在高速钢基底上, CrN涂层能显著提高ta-C薄膜在高速钢基底上的附着力, 同时显著提高耐磨特性. 关键词： 附着力 四面体非晶碳薄膜 X射线衍射 拉曼光谱     

对基于磁控溅射方法沉积的HfO2薄膜的紫外光学特性及薄膜结构的研究

本文基于磁控溅射方法,功率从160 W增加到240 W,在石英衬底上沉积氧化铪薄膜(HfO₂),并对沉积后的薄膜进行退火处理. 利用X射线衍射谱、X射线光电子能谱、紫外-可见-近红外透射谱和椭圆偏振仪对HfO₂薄膜进行研究,对比了退火前后HfO₂薄膜的光学特性及薄膜结构的变化. 实验结果显示,HfO₂薄膜对波长大于200 nm的入射光具有很低的吸收系数. 优化退火温度和时间,可以将沉积后的HfO₂薄膜从非晶态转化成多晶态. 退火有助于结晶生成和内应力的增加,同时退火可以优化薄膜的化学计量比,提升薄膜的光学密度及折射率. 对功率在220 W左右沉积的薄膜进行退火,获得的HfO₂薄膜具有较高并且稳定的光学折射率(>2)和紫外光透射率,可在紫外波段减反膜系统中得到应用.     

射频磁控溅射ZnO薄膜的结构和光学特性

采用射频（RF）反应磁控溅射法在n-Si(001)衬底上外延生长ZnO薄膜。XRD谱测量显示出较强的（002）衍射峰，表明ZnO薄膜为c轴择优取向生长的。室温PL谱测量观察到了较强的紫外光发射和深能级发射。     

酞菁钴薄膜的折射率及吸收特性

通过真空镀法在单晶硅片上制备了酞菁钴薄膜，在波长扫描和入射角可变全自动椭圆偏振光谱仪上研究了ＣｏＰｃ薄膜的椭偏光谱并分析了其电子结构。     

射频磁控溅射制备硼碳氮薄膜的拉曼光谱研究

硼碳氮(BCN)三元化合物薄膜具有原子可调组成比,并且能够展现出相应的材料特性,因此在力、热、光、电子学等领域拥有广阔的应用前景。本文采用射频磁控溅射法在硅衬底上通过调节通入的氮气流量,合成了一系列不同组分的BCN薄膜。发现随氮气流量的增加,所制备的BCN薄膜中氮原子浓度最高可达～14 at.%。为探讨BCN三元体系中的结构性质变化,利用拉曼光谱系统地研究了不同氮气流量所制备的BCN薄膜。结果表明,随氮的逐渐引入,除常见的拉曼D峰和G峰外,光谱中还出现了N=N的拉伸振动模式。另外,样品的无序度也导致了拉曼光谱发生了整体的变化。     

射频磁控溅射低温制备非晶铟镓锌氧薄膜晶体管

利用射频磁控溅射技术室温制备了铟镓锌氧(IGZO)薄膜,采用X射线衍射(XRD)表征薄膜的晶体结构,原子力显微镜(AFM)观察其表面形貌,分光光度计测量其透光率。结果表明:室温制备的IGZO薄膜为非晶态且薄膜表面均匀平整,可见光透射率大于80%。将室温制备的IGZO薄膜作为有源层,在低温(<200℃)条件下成功地制备了铟镓锌氧薄膜晶体管(a-IGZO TFT),获得的a-IGZO-TFT器件的场效应迁移率大于6.0 cm2.V-1.s-1,开关比约为107,阈值电压为1.2 V,亚阈值摆幅(S)约为0.9 V/dec,偏压应力测试a-IGZO TFT阈值电压随时间向右漂移。