分子束外延法在Sapphire衬底上生长的Zn1-xMgxO薄膜折射率及厚度的测试

利用偏振光椭圆率测量仪对分子束外延(MBE)法在Sapphire衬底上生长的Zn1-xMgxO薄膜的薄膜折射率和厚度进行了测试.结合ICP法测得的薄膜中的Mg组成量,经数值拟合,导出表征薄膜厚度与薄膜生长条件、薄膜折射率与薄膜中的Mg组成量之间关系的曲线,为MBE法在Sapphire衬底上生长Zn1-xMgxO薄膜时控制薄膜厚度以及在制作Zn1-xMgxO薄膜的波导时控制薄膜的折射率提供了理论依据.     

X射线透射法测量膜厚

薄膜厚度不仅与薄膜的电导率有关,而且与薄膜的光学性能甚至表面结构密切相关. 薄膜厚度的测量精确有助于研究薄膜的物理性能. 本文利用X射线在材料中传播的特征设计了大学物理实验室测量薄膜厚度的方法.     

金属薄膜厚度小于电子自由程对其光反射率的影响

提出了金属薄膜厚度对薄膜中自由电子的平均自由程影响的物理模型,并给出了薄膜中自由电子的平均自由程的修正公式.理论研究表明:当膜厚小于自由电子的平均自由程时,薄膜中电子平均自由程随膜厚的减小而减小|当膜厚大于或等于自由电子的平均自由程时,薄膜中电子的平均自由程与块状材料一样.利用薄膜中电子平均自由程的计算公式,修正了薄膜导电率的基本理论表达式,再利用金属薄膜的反射率与薄膜导电率的关系,得出金属薄膜厚度对其光反射率的影响.计算机模拟表明:当薄膜厚度小于电子自由程时,金属薄膜反射率随薄膜厚度变化而呈非线性关系.     

多层纳米Au/DPO薄膜的荧光特性

在低压直流溅射沉积的纳米Au薄膜表面喷涂有机固体晶体2,5-二苯基恶唑（DPO）,制成具有（Au+DPO）单元结构的多层纳米薄膜。利用XRD表征多层纳米薄膜的晶体结构,通过SEM表征各层薄膜的表面形貌,并测试了多层纳米薄膜的紫外荧光特性。与纯DPO薄膜相比,多层纳米薄膜的紫外荧光峰出现了5 nm的蓝移,而且DPO荧光峰形貌发生改变。在多层膜中,DPO薄膜的荧光强度与薄膜层数成反比关系,而纳米Au膜的荧光强度与薄膜层数成正比关系。SEM与XRD测试结果表明,多层薄膜中的DPO薄膜随着薄膜层数的增加逐渐成为无定型结构。DPO薄膜与纳米Au膜相互作用,导致其晶体结构异于单层薄膜,进而改变了其荧光特性。     

外加偏置电场下类金刚石薄膜激光损伤形貌

使用非平衡测控溅射技术沉积了类金刚石薄膜,对比了外加偏置电场前后薄膜的抗激光损伤表面形貌变化,发现薄膜施加偏置电场后,薄膜的激光损伤区域内有大量丝状薄膜,损伤形貌存在明显不同,损伤面积减小,薄膜的激光损伤情况得到改善。这表明外加偏置电场对薄膜的损伤有影响,激光在薄膜中激励产生的光生电子在电场作用下产生快速漂移,间接降低了激光辐照区域内的局部能量密度,减缓了薄膜的石墨化,提高了薄膜的抗激光损伤能力。     

热处理方式对ZAO薄膜结构以及电学性质的影响

采用溶胶-凝胶旋转涂敷方法在普通玻璃衬底上生长ZAO薄膜.每涂敷1层薄膜,都要在一定的温度下对薄膜进行1次热处理,连续涂敷7层,最后再对部分薄膜在600℃的马弗炉中退火2h.采用X射线衍射和薄膜电阻率分别来表征涂敷薄膜的结构特征和电学特性.实验结果表明:每次涂敷薄膜后所设定温度的大小以及最后是否再对薄膜进行退火处理直接影响着制备薄膜的结构特征和电学性质.     

分子束外延法在Sapphire衬底上生长的Zn1－xMgxO薄膜折射率及厚度的测试

利用偏振光椭圆率测量仪对分子束外延(MBE)法在Sapphire衬底上生长的Zn_1-xMg_xO 薄膜的薄膜折射率和厚度进行了测试. 结合ICP法测得的薄膜中的Mg组成量，经数值拟合，导出表征薄膜厚度与薄膜生长条件、薄膜折射率与薄膜中的Mg组成量之间关系的曲线，为MBE法在Sapphire衬底上生长Zn_1-xMg_xO 薄膜时控制薄膜厚度以及在制作Zn_1-xMg_xO 薄膜的波导时控制薄膜的折射率提供了理论依据. 关键词： ZnMgO薄膜 偏振光椭圆率测量仪 折射率 分子束外延(MBE)     

二氧化硅纳米薄膜非平衡热导率研究

二氧化硅纳米绝缘薄膜的传热是靠声子在薄膜的振动实现的.声子在纳米薄膜结构中传输的非平衡性影响了薄膜的热导率,3ω实验方法是一种可以对薄膜热导率进行瞬时测量的方法,本文采用3ω方法分别测量低频率段和高频段的二氧化硅薄膜温升及二氧化硅薄膜的热导率,对二氧化硅薄膜的非平衡热导率进行了分析.     

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。     

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.     

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。     

附着铜膜的内应力及屈服强度

用X-射线衍射和热循环基片弯曲方法测量了附着在基体上纯铜膜的内应力和屈服强度。内应力为张应力且随工作气体（氩气）压强的增加而减小但随膜厚的增加而增加。钢基体上铜膜的张屈服强度与膜厚的倒数成反比。压屈服强度也同样依赖于膜厚，即膜越薄，压屈服强度越高。     

提拉法SiO_2化学膜厚度与折射率的变化规律研究

采用提拉法在硅基底上制备了多孔溶胶凝胶SiO2膜,用椭偏法测量薄膜的厚度与折射率,考察了提拉速度和胶体浓度对膜层厚度与折射率的影响。对厚度与提拉速度的关系进行线性与幂函数拟合,并比较分析两种拟合的关系及其对工艺流程的作用。比较了不同浓度胶体所得到的同一厚度薄膜的折射率变化规律。结果表明:对于同一胶体浓度下薄膜厚度与提拉速度的正相关关系,线性拟合相比幂函数拟合可以更好地解释实验结果的规律性。同时,折射率在一定范围内也会随着提拉速度的增加而减小。镀同一厚度膜时,浓度大的胶体膜层折射率大。通过对提拉速度和胶体浓度的控制可以得到理想的薄膜厚度与折射率。     

Growth Rates of Edge-on Lamellar Crystals Confined in Polymer Thin Films

The growth rates of edge-on lamellar polymer crystals in variable thickness films were investigated in terms of dynamic Monte Carlo (MC) simulations. The growth rates linearly decreased with decreasing film thickness for the thinner films and were nearly constant for the thicker films. The mean stem lengths (crystal thickness) were also constant in different thickness films. The crystal widths parallel to the film thickness increased more slowly with increasing film thickness in the thinner films than that in the thicker films, indicating they were restrained by the film thickness. We propose that the growth rate of edge-on lamellar crystals in thin films is dominanted by the crystal width in the thinner films and by the crystal thickness in the thicker films; the variation of the film thickness can change the three-dimensional shape of the crystal growth front, also affecting the growth rate of the edge-on lamellar crystal.     

Influence of oxygen depletion layer on the properties of tin oxide gas-sensing films fabricated by atomic layer deposition

In this paper we report on the influence of film thickness on the electrical and gas-sensing properties of tin oxide thin films grown by atomic layer deposition (ALD) technique. The nature of the carrier and post-flow gases used in ALD was found to have a dramatic influence on the electrical conductance of the deposited films. Up to a film thickness of 50 nm the sheet conductance of the films increased with the thickness, and above 50 nm the sheet conductance was not significantly influenced by the film thickness. This effect was attributed to oxygen depletion at the film surface. When the depth of oxygen depletion (d _dep) was greater than or equal to the film thickness (t), the sheet conductance was thickness dependant. On the other hand, when d _dep≤t, the sheet conductance was independent of the film thickness but depended on the depth of the oxygen depletion. This proposed explanation was verified by subjecting the films to different lengths of post-annealing in an oxygen depleted atmosphere. Gas-sensing functionality of the films with various thicknesses was examined. It was observed that the film thickness had a significant influence on the gas-sensing property of the films. When the thickness was greater than 40 nm, the sensitivity of the films to ethanol was found to follow the widely reported trend, i.e., the sensitivity decreases when the film thickness increases. Below the film thickness of 40 nm the sensitivity decreases as film thickness decreases, and we propose a model to explain this observation based on the increase in resistance due to multiple grain boundaries.     

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。     

椭偏测厚仪确定薄膜真实厚度的分析

用椭偏测厚仪可以测量薄膜一个周期内的厚度和折射率.本文从理论上分析了采用变入射角确定薄膜的真实厚度时,存在最大可测厚度周期数和最大可测薄膜真实厚度,同时用图形形象描述了周期数、厚度周期、一个周期内的厚度、真实厚度之间的关系及它们与入射角的关系.     

积分光谱法测量塑料薄膜厚度研究

在谱带朗伯定律概念的基础上,通过分析光束在透过塑料薄膜时光强所发生的变化,提出了谱带积分透过率定义并建立基于谱带积分透过率的薄膜厚度测量模型。采用不同厚度的聚丙烯薄膜作为实验对象,使用光谱仪测量了其光谱透过率。按上述模型拟合了薄膜厚度与谱带积分透过率关系式。使用500K理想黑体,分析了基于此方法研制新型宽谱带塑料薄膜厚度在线检测装置的可行性。实验结果表明：使用积分光谱法可以较高精度的测量塑料薄膜厚度。基于此方法研制的塑料薄膜厚度在线检测装置,有望解决使用双单色光对比法测薄膜厚度时存在的准确性低、通用性差的问题。     

硅纳米薄膜法向热导率的进一步分析

应用非平衡分子动力学方法进一步研究了平均温度为300K、厚度为2.715nm-43.44nm的单晶硅薄膜的法向热导率,模拟结果表明,薄膜热导率低于同温度下单晶硅的实验值,存在显著的尺寸效应,当膜厚度在20nm以下时,法向热导率随尺度减小而线性减小,当膜厚度大于20nm时法向热导率随尺度呈现二阶多项式变化。法向热导率的变化规律与面向热导率的变化规律类似,表明薄膜厚度和表面晶格结构对声子传热影响的复杂性。