使用椭偏光谱研究氮化铝薄膜在不同温度下的光学性质（英文）

通过椭偏仪对生长在蓝宝石上的不同厚度氮化铝薄膜的变温光学性质进行了研究,并采用托克-洛伦兹模型对椭偏实验数据进行了拟合分析,精确得到了氮化铝薄膜的厚度和光学常数(折射率n,消光系数k)等.研究的结果表明:相比薄的氮化铝薄膜,厚的氮化铝薄膜的折射率较大.随着温度的升高,氮化铝的折射率、消光系数和带隙会向低能端单调地移动(红移);厚度对带隙随温度改变的影响较小,对折射率则有一定的影响.     

直流磁过滤电弧沉积氮化铝薄膜的研究

利用直流电弧技术在硅基片上制备氮化铝薄膜,研究了薄膜的折射率、消光系数、透过率和沉积速率.薄膜的光学折射率、消光系数、厚度通过椭偏法测试并拟合得到;薄膜的透过率谱通过傅里叶变换红外光谱仪测试,薄膜的沉积速率通过厚度的相应时间计算得到;利用柯希模型来拟合测试得到可见区光学常数,外推得到薄膜在整个近红外、中远红外的光学常数.结果表明:薄膜的折射率随工艺参数的不同有较大的变化范围,并且薄膜在较宽的光谱范围内消光系数为零;薄膜的沉积速率达到85 nm-min-1,单面镀制氮化铝薄膜的硅样片的峰值透过滤达到了69.2%.     

沉积压强对非晶硅薄膜光学性能和微结构的影响

为研究沉积压强对非晶硅薄膜光学性能和结构的影响,通过改变沉积压强并采用射频磁控溅射制备a-Si∶H薄膜.借助椭偏仪、紫外可见分光光度计和拉曼光谱来分析薄膜的光学性能和微结构.研究发现,在较低沉积压强下薄膜的致密度得到提高,光学带隙偏小,折射率和消光系数较大,短程序和中程序得到改善,体内缺陷较少.并且椭偏拟合参数A越大,...     

磷掺杂比例对a-Si∶H薄膜太阳电池窗口层光电性能的影响

采用RF-PECVD法制备了磷掺杂氢化非晶硅(a-Si∶H)薄膜作为太阳电池窗口层.通过椭偏仪、Keithley 4200对所制备样品进行分析测试,研究了不同掺杂比例对非晶硅薄膜沉积速率、消光系数、折射率、光学带隙及电导率等的影响.实验表明:薄膜沉积速率随掺杂浓度升高先减小再增大;薄膜消光系数、折射率及禁带宽度随掺杂浓度升高呈现先减小后增大再减小的现象;电导率则先增大后减小再增大.     

氮化铝薄膜的椭偏法研究

文章采用真空磁过滤电弧离子镀法在单晶Si(100)基片上成功制备了氮化铝(AlN)薄膜,并利用椭偏法对AlN膜进行了研究.根据沉积方法的特点,建立合适的膜系进行拟合,得到薄膜的折射率、消光系数和几何厚度;分析薄膜与基片之间的附着方式为简单附着,以及引起薄膜材料比块体材料折射率偏小的原因为:薄膜中含有空隙,Al/N不符合化学剂量比,薄膜表面形成了Al2O3钝化层.     

用椭偏法研究掺磷a-Si:H薄膜的光学特性

用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备了磷掺杂氢化非晶硅(a-Si∶H)薄膜.分别以50°和70°为入射角,测试了样品在300～1000nm波长的椭偏光谱,得到了其膜厚和光学常数谱(折射率和消光系数随波长变化谱),并应用Tauc作图法推算出了薄膜的光学带隙.     

原子层沉积超薄氮化铝薄膜的椭圆偏振光谱法表征

采用原子层沉积(ALD)工艺在硅衬底上生长了35 nm以下不同厚度的超薄氮化铝(AlN)晶态薄膜。利用椭圆偏振光谱法在波长275~900 nm内测量并拟合薄膜的厚度及折射率和消光系数等光学参数。利用原子力显微镜(AFM)表征AlN晶粒尺寸随生长循环次数的变化,计算得到薄膜表面粗糙度并用于辅助椭偏模型拟合。针对ALD工艺特点建立合适的椭偏模型,可获得AlN超薄膜的生长速率为0.0535 nm/cycle,AlN超薄膜的折射率随着生长循环次数的增加而增大,并逐渐趋于稳定,薄膜厚度为6.88 nm时,其折射率为1.6535,薄膜厚度为33.01 nm时,其折射率为1.8731。该模型为超薄介质薄膜提供了稳定、可靠的椭圆偏振光谱法表征。     

衬底温度对氧化钛薄膜的光学常数影响

采用沈阳CK-3高真空磁控溅射薄膜沉积设备在K9玻璃衬底上分别制备了衬底温度为150℃、200℃和250℃的氧化钛薄膜。XRD分析显示这三种温度制备的薄膜由于制备温度不高均没有明显衍射峰,为非晶薄膜。薄膜的光学常数由德国SENTECH SE 850型光谱型椭偏仪对薄膜测试得到,测试波长为300 nm～800 nm,采用Cauchy模型对测试结果进行拟合。结果发现随着制备衬底温度的增大,薄膜的折射率n和消光系数k都随着增大。在衬底温度从150℃增大到250℃时,薄膜的光学带隙从3.46 eV减小到3.02 eV。     

膜厚对氧化钒薄膜结构和光学性质的影响

利用真空热蒸发在石英基片上制备了不同厚度的氧化钒薄膜, 研究厚度对薄膜的结构、形貌和光学特性的影响。薄膜的结构由X射线衍射(XRD)仪和拉曼(Raman)光谱仪测得, 表面形貌用原子力显微镜(AFM)观测。利用分光光度计测量薄膜的光学透射率, 并且采用Forouhi-Bloomer模型与修正的德鲁德(Drude)自由电子模型相结合的方法拟合透射率来确定薄膜的折射率、消光系数和带隙。结果表明, 热蒸发的氧化钒薄膜呈非晶态, 薄膜的主要成分为五氧化二钒, 且含有少量的二氧化钒。薄膜表面的颗粒粘结在一起, 随着薄膜厚度的增加, 薄膜表面粗糙度以及颗粒尺寸变小, 膜层表面平整度越来越好, 颗粒之间的空隙变小, 导致折射率随膜厚的增加而增大, 消光系数减小。另外, 随着薄膜厚度从200 nm增加到450 nm, 光学带隙从2.67 eV减小到2.45 eV。     

脉冲反应磁控溅射氧化钒薄膜的光谱椭偏研究

采用脉冲直流反应磁控溅射技术在不同的占空比条件下制备了氧化钒薄膜.利用X射线光电子能谱仪测定了薄膜的组分,用光谱椭偏仪在300～850 nm的波长范围内对薄膜的光学性质进行了研究.实验结果表明降低占空比具有促进金属钒氧化的作用,而通过采用Tauc-Lorentz谐振子色散模型结合有效介质近似模型对椭偏参数ψ和△进行拟合,得到了较为理想的拟合结果.薄膜的复折射率和透过率均由椭偏拟合结果确定,结果发现占空比的下降,导致了可见光范围内薄膜折射率和消光系数的降低以及透过率的提高.     

热蒸发紫外LaF3薄膜光学性能和结构表征

在不同的沉积温度下,用热蒸发方法在熔融石英(JGS1)上制备了LaF3单层薄膜。分别采用分光光度计测量了薄膜样品的透射率和反射率光谱,反演得出薄膜的折射率和消光系数;采用原子力显微镜(AFM)观察了样品的表面形貌,并通过表面粗糙度计算得出总积分散射损耗;采用X射线衍射仪(XRD)测试了薄膜的晶体结构,由衍射谱图拟合得到衍射峰的半峰全宽,进而计算出薄膜晶粒的平均尺寸。实验结果表明,随着沉积温度的升高,LaF3薄膜的结晶状况明显变好,晶粒尺寸逐渐变大,膜层变得更加致密,薄膜的光学常数和折射率不均匀性均呈线性变化。沉积温度的增加对薄膜表面粗糙度的影响不明显,散射损耗在光学损耗中所占比例较小,所以光学损耗的变化主要由吸收损耗引起。     

溅射参数对Ge2Sb2Te5薄膜光学常数的影响

研究了溅射参数对Ge2Sb2Te5薄膜的光学常数随波长变化关系的影响,结果表明：(1)当溅射功率一定时,随溅射氩气气压的增加Ge2Sb2Te5薄膜的折射率先增大后减小,而消光系数先减小后增大.(2)当溅射氩气气压一定时,对于非晶态薄膜样品,在500nm波长以下,折射率随溅射功率的增加先增加后减小,消光系数则逐渐减小;在500nm以上,折射率随溅射功率的增加逐渐减少,消光系数先减小后增加.对于晶态薄膜样品,在整个波长范围折射率随溅射功率的增加先减小后增加,消光系数则逐渐减少.(3)薄膜样品的光学常数都随波长的变化而变化,在长波长范围变化较大,短波长范围变化较小.探讨了影响Ge2Sb2Te5薄膜光学常数的机理.     

气体压强对非晶硅薄膜光学特性的影响

采用RF-PECVD工艺在20～100 Pa范围内改变a-Si:H薄膜沉积工作气体压强.傅立叶红外光谱仪(FTIR)测试KBr衬底上的薄膜红外光谱峰随工作气体压强的变化情况,结合红外光谱峰的理论分析确定薄膜中氢含量随工作气体压强变化规律.光谱式椭偏仪中用Forouhi Bloomer(FB) 模型拟合得到薄膜的折射率(n),消光系数(k),厚度及光学禁带Eg,并用扫描电镜(SEM)断面分析对椭偏仪测试结果的准确性进行验证.根据Tauc公式推出薄膜的光学禁带宽Eg和截止波长,并和FB模型得到结果进行了比较,Eg(FB)和Eg(Tauc)的差值在11 meV内.原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)表征了工作气体压强对a-Si:H薄膜微结构的影响.     

离子束溅射参数与Ta2O5薄膜特性的关联性

离子束溅射技术是制备Ta2O5薄膜的重要技术之一。采用正交试验设计方法,系统研究了Ta2O5薄膜的折射率、折射率非均匀性、消光系数、沉积速率和应力与工艺参数（基板温度、离子束压、离子束流和氧气流量）之间的关联性。通过使用分光光度计和椭圆偏振仪测量Ta2O5薄膜透过率光谱和反射椭偏特性,再利用全光谱反演计算的方法获得薄膜的折射率、折射率非均匀性、消光系数和物理厚度。Ta2O5薄膜的应力通过测量基底镀膜前后的表面变形量计算得到。实验结果表明:基板温度是影响Ta2O5薄膜特性的共性关键要素,其他工艺参数的选择与需求的薄膜特性相关。研究结果对于制备不同应用的Ta2O5薄膜制备工艺参数选择具有指导意义。     

锑铋合金薄膜的光学常数

锑铋合金薄膜是一种新型超分辨光学功能材料,了解它的基本光学性质对其在光学信息存储及光子器件应用方面具有重要意义。用磁控溅射法制备了不同成分的锑铋合金薄膜(Sb1-XBiX,X=0,0.1,0.2,0.3,0.88,1),用椭圆偏振法测量了薄膜的光学常数(折射率n和消光系数k)。研究表明,在可见光波段(300～850nm),锑铋合金膜的折射率和消光系数都随着铋含量的增加而减小,且薄膜折射率和消光系数同时随波长的增加而增加,折射率呈现反常色散特性。用原子力显微镜、X射线衍射仪研究了成分变化对薄膜表面形貌和微结构的影响。研究表明,锑铋合金薄膜的微观结构呈现多晶态,晶化程度随着铋含量的增加而增加,这可能是影响其光学常数变化的主要因素。     

抛光工艺对硅基Pb_(1-x)Ge_xTe薄膜性能的影响

研究了不同的抛光方法(机械抛光、化学腐蚀及化学机械抛光)对硅基板上沉积的Pb_(1-x)Ge_xTe薄膜性能的影响.研究表明,经化学机械抛光(SiO_2胶体或Cr~+)的硅基板上所沉积的Pb_(1-x)Ge_xTe薄膜具有致密的结构及平直的界面,其沉积速率也比在化学腐蚀抛光表面的沉积速率大7%或18%(分别对应<111>和<100>晶向);薄膜具有明显高于化学腐蚀抛光基板沉积薄膜的折射率,且折射率随温度的降低而增加,而低温下折射率随波长的增加而增加;化学腐蚀抛光基板沉积薄膜的折射率的增加量明显大于化学机械抛光基板沉积薄膜的增加量;薄膜层经机械抛光后,其膜层结构、组分及其深度分布均未改变,但透射率增加,消光系数有所改善,折射率有所降低.     

基于太赫兹反射谱提取光学参数不确定度分析

利用太赫兹光谱技术计算物质的光学参数已成为各领域的研究重点。由于太赫兹系统以及算法提取过程依然存在缺陷,无法实现对物质光学参数的精确测量。为提高光学参数的测量准确度,对反射式太赫兹时域光谱系统进行全面的不确定度分析。首先分析了基于太赫兹反射时域光谱提取光学参数、折射率和消光系数的7种误差来源,并分别建立了折射率和消光系数的不确定度模型;然后,以葡萄糖多晶薄片样品为例,计算其在0.2~2.0 THz频段的折射率和消光系数的各种误差因素占综合不确定度的比例,总结误差因素对不确定度的贡献。其中,样品厚度测量的随机误差对折射率的影响最大,占总误差的80%;传递函数误差对消光系数的影响最大,占总误差的99%。最后,对减小折射率和消光系数的不确定度提出了建议,如采用自参考方法提取光学参数,采用智能优化算法对样品厚度和光学参数进行优化,修正Fabry-Perot效应等。     

脉冲激光沉积法制备红外光学SiC薄膜特性研究

采用脉冲激光沉积法在锗基底制备无氢SiC薄膜,研究了激光能量对SiC薄膜显微结构、成分和红外光学性能的影响规律。利用傅里叶红外光谱仪测量了锗基底SiC薄膜样品的红外透射光谱,其在785 cm-1附近有一个强烈Si-C键特征吸收峰,并在红外波数4 000~1 300 cm-1之间具有良好的透过性。通过对透射光谱拟合计算可知:在红外波段2.5~7.7 m之间,SiC薄膜的折射率和消光系数均随着激光能量的增加而增大,折射率大约从2.15上升到2.33,激光能量从400 mJ增加到600 mJ,且当激光能量为400、500 mJ时,消光系数均在10-3量级以内,光学吸收很小。研究表明,SiC薄膜在红外2.5~7.7 m波段是一种优异的光学薄膜材料。