氮分压对氮化铜薄膜结构及光学带隙的影响

在不同的氮分压r(r=N₂/［N₂+Ar］)和射频功率P下，使用反应射频磁控溅射法，在玻璃基片上制备了氮化铜薄膜样品.用台阶仪测得了薄膜的厚度，用原子力显微镜、X射线衍射仪、紫外-可见光谱仪对薄膜的表面形貌、结构及光学性质进行了表征分析.结果表明，薄膜的沉积速率随P和r的增加而增大.薄膜表面致密均匀，晶粒尺寸为30nm左右.随着r的增加，薄膜颗粒增大，且薄膜由(111)晶面转向(100)晶面择优生长.薄膜的光学带隙E_g在1.47—1.82eV之间，随r的增加而增大. 关键词： 氮化铜薄膜 反应射频磁控溅射 晶体结构 光学带隙     

氮流量对磁控溅射法制备氮化钛薄膜光学性能的影响

采用磁控溅射方法在载波片和Al基片上制备了氮化钛薄膜;通过改变N2流量来改变薄膜中N／Ti原子比例。采用分光光度计和扫描隧道显微镜测试手段对氮化钛薄膜光学性能随N2流量变化的规律进行了研究。薄膜反射率光谱和扫描隧道图谱分析表明,氮化钛薄膜主要遵循自由载流子光吸收机制,随着N含量的增加,溥膜中的自由电子数目不断减少,等离子体频率逐渐红移,反射率降低,薄膜颜色发生变化。从薄膜扫描隧道谱（STS）可知,TiN薄膜表现出类似金属的光学性能,并且其禁带宽度Eg=1．64eV。     

退火处理对LaAlO3薄膜发光特性的影响

在室温下,采用射频磁控溅射法在p-Si(100)衬底上制备了铝酸镧(LaAlO3)薄膜,分别在800℃,900℃和950℃下进行退火处理。利用X射线衍射(XRD)仪、原子力显微镜(AFM)、荧光分光光度计等研究了不同温度退火处理对LaAlO3薄膜结构、表面形貌及光学性质的影响。研究结果表明,LaAlO3薄膜样品在900℃开始由非晶向晶体转变,说明高温退火有利于提高结晶质量。光致发光(PL)谱测量发现样品在368,470nm位置处分别出现发光峰,各峰的强度随退火温度的升高逐渐增强,但峰位基本保持不变。根据吸收光谱和缺陷能级图,推测出368nm紫外光峰来源于电子从氧空位形成的缺陷能级到价带顶能级的跃迁,470nm附近的蓝光峰归因于电子从负价AlLa错位缺陷能级到价带顶能级的跃迁。     

射频磁控反应溅射氮氧化硅薄膜的研究

利用SiOxNy薄膜光学常数随化学计量比连续变化的特性,给出了制备折射率连续可调的SiOxNy薄膜的实验条件。用磁控反应溅射法制备了不同氮氧比的SiOxNy薄膜。研究了不同气流比率条件下薄膜光学常数、化学成分及溅射速率等的变化。用UV-VIS光谱仪测试了透射率曲线,利用改进的单纯型法拟合透射率曲线计算得到了折射率和消光系数。测试了红外傅立叶光谱(FTIR)曲线和X光光电子能谱(XPS)分析了薄膜成分的变化。实验表明薄膜特性与N2／O2流量比率密切相关,通过控制总压和改变气体流量比可控制SiOxNy薄膜的折射率n从1．92到1．46连续变化,应用Wemple-DiDomenico模型计算出光子带隙在6．5eV到5eV之间单调变化。     

磁控溅射法制备钛掺杂WO3薄膜结构和性能的研究

采用中频孪生非平衡磁控溅射技术制备钛掺杂WO_3薄膜。运用X射线衍射(XRD),拉曼光谱、紫外分光光度计、计时安培分析仪和原子力显微镜(AFM)等测试手段分析了钛掺杂WO_3薄膜的结构和光学性能。实验结果表明,掺杂后的薄膜在相同的热处理条件下晶化程度降低,晶粒细化,离子抽出和注入的通道大大增多,钛掺杂原子数分数0．051的着色响应速度提高,循环寿命提高了4倍以上,但着色后透射率下降。     

基于梳状小波理论的颜色滤光片设计

渐变折射率薄膜因为消除了界面而克服了传统的分层介质膜的固有弊端。探讨了一种基于这种渐变膜系的设计方法。从小波理论及渐变折射率增透理论出发,以分层介质高反膜系为参照,给出了采用梳状(Rugate)滤光片设计不同类型颜色滤光片的设计原理,并以目前背投系统中使用的红、绿、蓝颜色滤光片为指标,理论设计出了具有优良光谱特性的红、绿、蓝颜色滤光片;对该设计结果进行了角度敏感性分析、偏振效应分析并与传统的反射膜叠加法得到的分层膜系进行比较,发现通过梳状滤光片理论设计的滤光片较传统的多层膜滤光片具有更小的角度敏感性和较小的偏振效应。     

中频孪生磁控溅射WO3薄膜及变色性能研究

采用先进的中频孪生非平衡磁控溅射技术,以金属钨为靶材,制备非晶态WO3电致变色薄膜。用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外分光光度计等测试手段分析薄膜的结构、表面形貌、成分以及透射光谱特性。研究了氧气流量比及热处理温度对WO3薄膜变色性能的影响。结果表明,中频孪生非平衡磁控溅射技术是制备WO3变色薄膜的一种有效方法;室温条件下沉积获得的原始态薄膜为非晶态WO3;提高氧气流量比和适当热处理温度能有效改善薄膜的电致变色性能。实验中在较高氧气流量比,200℃热处理条件下制备的薄膜在380~780 nm的可见光范围内着色态和褪色态平均透光率差值高达50%以上,表现出较好的电致变色性能。     

薄膜层数对偏振分束棱镜性能的影响

采用电子枪蒸镀离子源辅助技术,讨论了薄膜层数对偏振分束棱镜性能的影响.结果表明:随着薄膜层数的增加,p偏振光的透射率逐渐增大,s偏振光的透射率逐渐减小,p偏振光和s偏振光透射率的比值逐渐增大.     

薄膜非均匀性及其对增透膜性能的影响

基于非均匀膜理论提出的折射率分层模型,将非均匀膜层分为N个均匀子层,应用光学薄膜特征矩阵对其进行理论分析。应用膜系设计软件模拟ZrO2和CeO2的负非均匀性对增透膜光谱特性的影响。研究结果表明:负非均匀性使多层增透膜的反射率增大,在参考波长处的光谱特性变差,使整个反射光谱曲线朝长波方向漂移,从而导致整个膜系的光谱特性偏离理想情形。     

颜色灵敏函数模型的设计及其规律的研究

颜色感知的基本三要素为物体、光源和人眼,每种要素的变化均会引起颜色感知的变化,但是,在每种要素中,每个波长上同等大小和变化却显示出不同程度的颜色感知差异,在某些波长处,呈现罗强的灵敏性,面是在另外一些波长处有较大的惰。本文根据学理论,在众多的匀色窨和色差公式中,以通用性好较好的ＣＩＥ１９７９６Ｌａｂ匀色窨和色差公式为例,定义了颜色灵敏函数;分别推导出颜色三要素下的物体颜色灵敏函数、光源颜色灵敏函数     

溅射功率对多层膜质量的影响

用磁控溅射技术制备薄膜，用X射线衍射研究在基片和靶间距离固定的情况下不同的溅射功率对薄膜结构的影响。结果表明：过低的溅射功率下淀积的薄膜有畸变的X射线衍射特征峰，特征峰强度小，半峰全宽大。而比较高溅射功率得到的薄膜有比较尖锐的X射线衍射特征峰，强度高和半峰全宽非常窄。研究表明，X射线衍射特征峰强度小和半峰全宽大的薄膜结构疏松，而强度高和半峰全宽非常窄的薄膜结构致密。     

不同氧分压下直流反应溅射ZnO薄膜的结构和光学特性

在室温,不同氧分压条件下,采用Zn靶直流反应溅射在石英衬底上制备了具有纤锌矿结构(002)择优取向的ZnO薄膜。薄膜的生长速率随氧分压的增大而减小,在20%-30%之间存在一个拐点,在此点之前,溅射产额减小的速率很快,而在此点之后,溅射产额减小的速率减慢了很多,当氧分压在30%以上时,溅射过程中Zn的氧化在靶表面就已经完成。通过单振子模型分析了薄膜的光学特性,采用X射线衍射的方法对薄膜的晶粒尺寸和应力进行分析。研究结果表明在氧分压20%以上时,薄膜在可见光波段具有较好的光学透明性和很高的电阻率。薄膜的光学折射率、晶面间距和内部应力均随着氧分压的增大而增大。并从薄膜生长机理上给出了理论解释。     

ZnS衬底上GeC/GaP增透保护膜系的制备及红外光学性质

把GeC/GaP双层膜用作ZnS衬底的长波红外(8~11.5μm波段)增透保护膜系。采用射频磁控溅射法,以高纯Ar为工作气体、单晶GaP圆片为靶制备了GaP薄膜;用射频磁控反应溅射法在高纯Ar和CH4的混合气体中,以单晶Ge圆片为靶制备了GeC薄膜。分别用柯西(Cauchy)公式和乌尔巴赫(Urbach)公式表示折射率和吸收系数,对薄膜的红外透射率曲线进行最小二乘法拟合,得到了它们的厚度及折射率、吸收系数等光学常数。GaP膜的折射率与块体材料的相近,在波长10μm处约为2.9;GeC膜的折射率较小,在波长10μm处约为1.78。用所得到的薄膜折射率,通过计算机膜系自动设计软件在ZnS衬底上设计并制备出了GeC/GaP双层增透保护膜系,当GaP膜厚较大时,由于吸收增大膜系增透效果较差;当GaP膜厚较小时,膜系有较好的增透效果。     

溅射过程中粒子能量对钛薄膜表面形貌影响

借助于原子力显微镜研究了离子束溅射沉积工艺中入射离子能量对制备的Ti薄膜表面形貌的影响。对薄膜表面高度数据进行相关运算，发现在此工艺条件下制备的薄膜具有典型的分形特征，利用分形表面高度—高度相关函数的唯象表达形式对不同能量下制备Ti薄膜表面的高度相关函数进行拟合。得到了薄膜表面的分形维数、水平相关长度、标准偏差粗糙度等参量。研究发现，入射Ar离子能量在300—700eV之间薄膜表面的粗糙度随着沉积粒子的能量增加而增大，分形维数随着入射离子能量的增加而减少。另外，在得到的分形维数基础上对不同溅射电压下Ti薄膜的生长机制进行了初步研究。     

硫化温度对ZnS薄膜生长质量的影响

采用热反应法对玻璃衬底上以磁控溅射制备的Zn薄膜进行硫化,制备出ZnS薄膜。薄膜的微观结构、物相结构和表面形貌分别采用正电子湮没技术（PAT）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）进行分析和表征。利用慢正电子湮没多普勒展宽对四个不同硫化温度下得到的ZnS薄膜样品中膜层结构缺陷进行研究,测量了薄膜中的空位型微观缺陷的相对浓度,指出445℃硫化样品中正电子注入能量在1.5~4.5 keV后S参数最小,说明该硫化温度下反应生成的ZnS薄膜结构缺陷浓度最小,膜的致密度最高。XRD结果显示薄膜在445℃以上硫化后,呈（111）择优生长趋势。从扫描电镜的结果也可以看出,在445℃硫化后,薄膜的晶粒明显地变得更大、更致密,这是因为ZnS晶胞比Zn晶胞大以及硫化过程中ZnS固相再结晶的缘故。ZnS thin films have been prepared by sulfurizing zinc thin films deposited on glass substrate by magnetron sputtering for two hours. The microstructure defects, crystallizations and surface morphology of zinc films sulfurized at different temperature were analyzed by PAT (positron annihilation technique), XRD(X-ray diffraction) and SEM (Scanning electron microscopy), respectively. For analyzing the structure defect of four samples with different sulfurization temperature, PAT has been used to obtain the relative concentration of defects. With the positron energy range of 1.5~4.5 keV, the S parameter of ZnS films is minimum. It demonstrates that ZnS films produced at 445℃ have the minimum structural defect concentration and the highest density. XRD results show that films are blende structure with the preference of (111) orientation above 445℃. And from the result of SEM, because of ZnS films recrystallization, the crystal grains obviously become large and dense at 445℃.