基于透射光谱的类金刚石膜光学参数反演

本文采用透射光谱法测量Ge基底类金刚石薄膜（Diamond-like carbon,DLC）的光谱曲线。应用测量的光谱曲线,基于模拟退火算法,构建目标优化函数,通过光谱反演法得到薄膜的厚度、折射率、消光系数。该方法得到的Ge基底类金刚石膜的光学参数与椭偏仪测试结果比对,折射率误差小于1%,厚度误差小于2%。并且将薄膜的光学参数带入透过率理论计算模型,得到的Ge基底类金刚石薄膜透射光谱曲线和实际测试曲线的误差小于2%。该方法只需测量透射光谱曲线,通过计算就能得到薄膜光学参数,对光学薄膜设计和加工具有重要指导意义。     

激光量热法测量深紫外氟化物薄膜吸收

为了获得薄膜材料吸收率与深紫外激光照射能量密度间的对应关系,掌握薄膜材料深紫外吸收特性,应制定相应的吸收测量规范。介绍了激光量热法的原理及测试流程,分析了测试过程中的剂量效应、非线性吸收和不可恢复吸收等现象,提出了利用激光量热法测量应用于波长193nm紫外光刻系统的氟化物薄膜材料吸收率的方法,并进行了实际测量。根据所建立的测量方法,获得熔石英基底材料在193nm紫外光照射下的剂量效应及出现不可恢复吸收现象时相应的激光能量密度,进而测量出基底材料吸收率与激光能量密度之间的关系;通过热蒸发对基底镀氟化镁及氟化镧单层膜,测量镀膜后样品的吸收率与激光能量密度的关系,通过与镀膜前吸收率的对比,计算了两种薄膜材料吸收率与激光能量密度的关系,推算出薄膜材料在实际工作状态时的吸收率,并得到不同沉积温度下氟化镧薄膜材料吸收率、粗糙度与波纹度。实验结果证实了新提出测量方法的可行性,测量结果为改善系统成像质量以及延长元件使用寿命提供支持。     

低红外发射率TiO2/Ag/TiO2纳米多层膜研究

利用磁控溅射在玻璃衬底上制备了具有良好的光谱选择性透过率的TiO2/Ag/TiO2纳米多层膜.通过用X射线衍射、扫描电子显微镜、UV-VIS-NIR分光光度计、傅里叶红外光谱仪对样品进行表征,优化了薄膜的制备工艺,研究了多层膜的光学特性.结果表明,当Ag膜的厚度为12nm时,多层膜具有高的可见光透过率和优良的导电性能.样品在555nm波长处的透过率最高达93.5%,红外波段平均反射率为90%左右,8μm～14μm波段红外发射率ε＜0.2.Ag层厚度的增加使可见光高透过率波段变窄,透过率下降.内层及外层TiO2厚度的变化引起薄膜可见光透过峰的位置及强度发生变化,外层的影响高于内层.     

基于Kramers-Kronig关系对薄膜材料光学特征的数值反演

依据试验测量得到特殊镀金聚酯薄膜反射率谱及光学常数,利用Kramers-Kronig(K-K)关系,数值反演了镀金聚酯薄膜反射系数、相位反射率和光学常数.在近红外波段,将理论反演与试验测量值进行比较.结果表明:利用K-K方法反演薄膜材料表面的光学特征光谱反射率和光学常数实部误差较小,其中相位反射率的绝对误差小于0.96°,相对误差平均值为0.083 1,但消光系数试验和反演数据误差较大.在缺乏试验测量条件或已知部分材料光学特征的条件下,开展具有薄膜、涂层目标光谱散射和辐射特性的研究工作,该反演方法是行之有效的.     

射频磁控溅射制备非晶WO3薄膜的结构及其光电性质研究

采用射频磁控溅射技术,以WO3陶瓷靶为原料,在透明导电氧化铟锡（ITO）玻璃上沉积了非晶相WO3薄膜,研究了溅射功率对薄膜结构及光学性质的影响,并研究了WO3薄膜的电致变色特性。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射技术（XRD）表征了薄膜的表面形貌和内部结构;利用UV-Vis分光光度计表征了薄膜在变色前后的光学透过性质,利用电化学测试工作站研究了WO3薄膜的电致变色性质,并从原理上分析了WO3薄膜的变色机理。研究结果表明,不同功率下获得的WO3薄膜均为非晶结构,在可见光范围内有较高的透过率。透明的WO3薄膜在负向电压下逐渐转变成深蓝色,且在撤去电压后其颜色不变,当施加正向电压时,薄膜又转换为透明态,表现出良好的电致变色特性。所制备WO3薄膜在550nm处褪色态的透过率为83%,着色态的透过率为29%,使得该薄膜在智能窗方面具有广阔的应用前景。     

SiO2薄膜折射率的准确拟合分析

精确的光学常数对于设计和制备高品质的光学薄膜非常重要,尤其是那些光学性能对折射率变化敏感的薄膜。SiO_2是一种常用的低折射率材料,因与常用基底折射率相近使其准确拟合有一定难度。实验通过离子束溅射制备了SiO_2单层膜。考虑测量时的误差和基底折射率的影响,采用透射率包络和反射率包络得到了SiO_2的折射率,并用所得折射率进行反演来对这两种途径在实际测量拟合过程中的准确性进行比对。分析表明,剩余反射率在实际的测量过程中误差更小,直接用测量镀膜前后基片的剩余反射率值可以更简便更准确地得到SiO_2的折射率,能达到10~(-2)的精度。     

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%.     

离子束溅射宽带吸收薄膜设计与制备技术研究

Si薄膜在可见光和近红外波段具有一定的吸收特性,可用于宽带吸收薄膜的制备。采用离子束溅射技术,在熔融石英基底上制备了不同沉积工艺参数的Si薄膜,基于透、反射光谱和椭偏光谱的全光谱数值拟合法,计算了Si薄膜的光学常数,并研究了氧气、氮气流量对其光学特性的影响。选择Si和Ta2O5作为高折射率材料、SiO2作为低折射率,设计了吸收率为2%和10%的宽带（1 000~1 400 nm）吸收薄膜。采用离子束溅射沉积技术,在熔融石英基底上制备了宽带吸收薄膜,对于A=2%的宽带吸收光谱,在1 064、1 200、1 319 nm的吸收率分别为2.12%、2.15%和2.22%;对于A=10%的宽带吸收光谱,在1 064、1 200、1 319 nm的吸收率分别为9.71%、8.35%和9.07%。研究结果对于吸收测量仪、光谱测试仪等仪器的定标具有重要的作用。     

蓝宝石对532nm激光吸收率的实验测量

为了分析激光偏振化方向和激光入射角对激光吸收率、反射率和透过率的影响,采用量热法测量了蓝宝石对532nm线偏振光辐照下的反射率和透过率,并获得了相应的吸收率。比较实验中测得的反射率和理论计算值,发现两者变化趋势一致,证实了该试验方法的可行性。结果表明,垂直于入射面的反射率随入射角的增大而增大,平行于入射面的反射率则随入射角的增大逐渐减小,在入射角接近60时达到最小,然后急剧增大;在垂直和平行偏振光下,透过率均随着入射角增大而减小,吸收率则逐渐增大。该结果为激光加工蓝宝石时工艺参量的选择和优化提供了参考。     

溶胶-凝胶法制备ITO薄膜及其光电性能的研究

采用溶胶-凝胶工艺,用提拉法在玻璃基底上制备了ITO透明导电薄膜。使用四探针测试仪和紫外可见光分光光度计测量薄膜的方阻和透过率,并采用XRD、SEM等测试手段对薄膜的晶体结构、表面形貌进行了表征。结果表明,掺锡比例和热处理温度对薄膜的导电性具有重要影响,在掺Sn量为15%(原子分数比)、450℃热处理时薄膜的方阻最小;薄膜的透过率曲线随掺锡比例的增加向紫外方向移动。随着热处理时间、镀膜层数的增加,薄膜的方阻先减小,最后趋于一稳定值,在可见光范围内薄膜的透过率变化较小。     

含氢非晶碳膜 （a-C:H）红外光学特性的研究

采用端部霍尔离子源在硅基底上制备了含氢非晶碳膜（a-C:H），并测量了4 000~1 500 cm-1的红外透射光谱。基于单层薄膜的透射关系，获得了仅有六个拟合参数的光学常数计算模型。利用该模型，可以同时获得薄膜在宽波段范围内的光学常数和厚度:折射率的最大值为1.94，消光系数的最大值为0.014 9，拟合薄膜厚度为617 nm 。     

Surface planarization of ZnO thin film for optoelectronic applications

In this paper, surface morphology and optical properties are investigated to find the optimum microstructure of zinc oxide (ZnO) thin films deposited by radio frequency (RF) magnetron sputtering. To achieve a high transmittance and a low resistivity, we examined various film deposition conditions. The transmittance and surface morphology of ZnO thin films were measured by an ultraviolet (UV)-visible spectrometer and atomic force microscopy (AFM), respectively. In order to improve the surface quality of ZnO thin films, we performed chemical mechanical polishing (CMP) by change of process parameters, and compared the optical properties of polished ZnO thin films. As an experimental result, we were able to obtain good uniformity and improved transmittance efficiency by the CMP technique.     

光学薄膜减散射特性研究

为了降低光学薄膜的表面散射损耗,依据微粗糙面的一阶微扰理论,在不考虑多重散射效应的情况下,利用电磁场边界条件给出的光学薄膜任一界面粗糙度引起的散射场在入射介质中的表达式,重点讨论了单层光学薄膜实现零散射的条件以及实现减散射的条件,理论研究结果表明:当膜层的光学厚度为/4的偶数倍时,单层薄膜要实现减散射就必须使单层膜的折射率大于基底的折射率,且空气-薄膜界面的微粗糙度必须小于薄膜-基底界面之间的微粗糙度。当膜层的光学厚度为/4的奇数倍时,单层薄膜的折射率小于基底的折射率,且膜层两个界面的粗糙度必须满足特定条件,才能实现减散射的效果。     

纳米Mo膜的光学特性及最小连续膜厚研究

利用Lambda-900分光光度计，在波长为310～1250nm范围内测量了离子束溅射沉积不同厚度纳米Mo膜的反射率和透射率。选定波长为310nm，350nm，400nm，500nm，550nm，632nm，800nm，1200nm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了讨论。实验结果显示，纳米Mo膜的光学特性有明显的尺寸效应。提出将薄膜对光波长为550nm时的反射率和透射率随Mo膜厚度变化关系的交点对应的厚度作为特征厚度，该厚度可认为是纳米Mo膜生长从不连续膜进入连续膜的最小连续膜厚。利用原子力显微镜(AFM)观测膜厚在15．76nm时的表面形貌，此时表面形貌已呈现连续膜的特征。     

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。     

ZnO:Al(ZAO)透明导电薄膜的制备及其特性

笔者采用射频磁控溅射工艺、以氧化锌铝陶瓷靶为靶材制备透明导电ZAO薄膜,系统研究了各工艺参数,如氧流量、工作气压、温度、射频功率和退火条件等对其结构和光电特性的影响。实验结果表明:在纯氩气中且衬底温度为300℃时制备的ZAO薄膜经热处理后电阻率降至8.7104 W·cm,可见光透过率在85%以上。X射线衍射谱表明ZAO晶粒具有六角纤锌矿结构且呈c轴择优取向,晶粒垂直于衬底方向柱状生长。     

电子束蒸发沉积Ta2O5光学薄膜的研究

通过正交实验,以Ta2O5为初始膜料,采用离子源辅助电子束蒸发技术制备了Ta2O5光学薄膜。透射光谱显示,所制备的Ta2O5光学薄膜具有较高的透射率,极值点透射率约为93%,接近K9玻璃基片的透射率。极差分析表明,基片温度和离子源氧气流量是影响薄膜透射率的两个主要因素,而沉积速率的影响很小。分析了各制备参数对Ta2O5薄膜光学性能的影响,得到了采用离子源辅助电子束蒸发制备Ta2O5光学薄膜的最佳工艺参数。     

溅射功率对NiO薄膜性质的影响

在室温条件下,采用射频磁控溅射的方法在石英衬底上制备了NiO薄膜,深入研究了不同溅射功率对NiO的结构、光学和电学特性的影响。随着溅射功率的升高,NiO薄膜逐渐由非晶态薄膜转变成具有(111)择优取向的晶态薄膜,同时发现NiO薄膜在可见光区透过率较大,而在紫外光区透过率减小;随着溅射功率的升高,薄膜在可见光区域和紫外区域的光学透过率均明显减小,同时禁带宽度也减小,但导电性增强。     

Optical properties of nanocrystal layers embedded in a carrier medium

A matrix ordered nanocomposite formed from a monolayer of spherical particles that is embedded in a carrier medium is considered. An analytic theory describing the optical properties of such a nanocomposite is proposed. It is shown that the monolayer is an imaginary interface with non-Fresnel reflection and transmission coefficients and that the Airy relationships for a thin film deposited on a substrate can be applied to the aforementioned structure. Conditions for constructive and destructive interferences of the fields reflected by the real and imaginary interfaces are determined. With the use of these conditions, it is possible to vary the total reflectance and transmittance of the structure. Expressions for the effective refractive index of the matrix medium are derived, and it is shown that the presence of a nanoparticle monolayer substantially changes this index. The results are verified through comparison with those obtained from the exact numerical analysis.     

电子束沉积技术生长WZO-TCO薄膜及其特性研究

采用电子束沉积技术生长w掺ZnO（WZO,ZnO：w）透明导电氧化物（TCO）薄膜（即WZO-TCO薄膜）并研究了衬底温度（100-350℃）对薄膜微观结构、表面形貌以及光电性能的影响。实验表明,随着衬底温度的升高,薄膜的晶体质量取得明显改善（从非晶化状态转变到结晶状态）,生长的WZO薄膜呈现C轴择优取向[即（002）...