聚焦脉冲激光作用下Ge2Sb2Te5薄膜晶化过程及机理

采用聚焦脉冲激光研究了Ge2Sb2Te5薄膜在沉积和激光淬火两种非晶态下反射率与激光脉冲宽度变化的关系，发现沉积态的Ge2Sb2Te5薄膜在晶化触发阶段内的反射率随激光脉冲宽度增加而减小，经过激光淬火的非晶态Ge2Sb2Te5薄膜在晶化触发阶段内的反射率随激光脉冲宽度增加而变化平缓。本文借用气－液体系中过饱和度分析液滴形成的原理，从统计物理学角度详细研究了两种非晶态Ge2Sb2Te5薄膜在脉冲激光作用下的晶化过程及机理，结果表明，当Ge2Sb2Te5的非晶态程度处于未饱和或饱和状态时不形成晶核；当Ge2Sb2Te5的非晶态程度处于过饱和状态时，此时的Ge2Sb2Te5为亚稳态，可能形成大小不等的晶核，但只有半径大于临界晶核尺寸时才可能长大成晶粒，而应力降低晶化能垒，增加非晶态Ge2Sb2Te5的过饱和度是导致沉积态与激光淬火态的Ge2Sb2Te5薄膜在晶化触发阶段内反射率随激光脉冲宽度变化规律不一致的根本原因，并据此解释了Ge2Sb2Te5薄膜在这两种状态下的反射率随激光脉冲宽度的变化特点及规律。     

激光辐照引起Ge2Sb2Te5非晶态薄膜的电/光性质变化

研究了激光辐照引起Ge₂Sb₂Te₅非晶态薄膜的电/光性质变化, 当激光功率为580mW时薄膜的方块电阻有四个数量级(10⁷～10³Ω/□)的突变; 对电阻发生突变前、中、后的三个样品进行了XRD测试, 结果表明, 随着激光功率的增大,薄膜由非晶态向晶态转变,用椭偏仪测试了结构转变前、中、后三个样品的光学常数, 在可见光范围内薄膜的光学常数在波长相同情况下有: n_非晶态>n_中间态>n_晶态, k_晶态>k_中间态>k_非晶态, α_晶态>α_中间态>α_非晶态, 结合电阻变化曲线和XRD图谱讨论了激光辐照Ge₂Sb₂Te₅非晶态薄膜的电/光性质变化同激光功率和结构转变之间的关系.     

Bi2-xSbxTe3温差电材料薄膜的电化学制备、表征及性能研究

采用电化学控电位沉积的方法制备了Bi_2-xSb_xTe₃温差电材料薄膜.通过ESEM、XPS、XRD、EDS等方法对电沉积薄膜的形貌、结构和组成进行了研究,并测试了在不同电位下制备的Bi_2-xSb_xTe₃薄膜的温差电性能.研究结果表明,在含有Bi³⁺、HTeO₂⁺和SbO⁺的溶液中,采用控电位沉积模式,可实现铋、锑、碲三元共沉积,生成锑掺杂的Bi₂Te₃化合物Bi_2-xSb_xTe₃.通过调节沉积电位,可控制电沉积Bi_2-xSb_xTe₃薄膜的掺杂浓度,从而影响材料的温差电性能.控制沉积电位为-0.5V条件下制备的温差电材料薄膜的塞贝克系数最大,为213μV·K^-1,其组成为Bi_0.5Sb_1.5Te₃.随着沉积电位的负移,电沉积出的Bi_2-xSb_xTe₃薄膜的结晶状态将逐渐由等轴晶转变为树枝晶.研究证明,电沉积方法可以制备出性能优异的薄膜温差电材料.     

相变光盘介电层ZnS-SiO2薄膜的性能研究

利用AFM、XRD、TEM、紫外可见光谱仪和椭偏仪等多种研究手段研究了ZnS-SiO₂薄膜的性能.研究表明,沉积态ZnS-SiO₂薄膜为非晶态,表现为层核生长型(Straski-Krastanov型)结构,表面很平滑,其中包含着大小为2-10nm的微小晶粒;ZnS-SiO₂薄膜的透过率比较大,消光系数很小,这可以减少入射激光能量的损失;ZnS-SiO₂薄膜拥有比较高的折射率,能够对记录层起到很好的保护作用.     

PLD法制备TiO2薄膜及电阻转变特性研究

采用脉冲激光沉积法（PLD）,以Pt(111)/Ti/SiO₂/Si为衬底,制备了具有电阻转变特性的TiO₂薄膜.X射线衍射（XRD）分析未发现明显的TiO₂结晶峰,薄膜呈纳米晶或非晶态.扫描电子显微镜（SEM）及原子力显微镜（AFM）分析表明,TiO₂薄膜表面平整、光滑致密.电学测试结果表明,TiO₂薄膜具有明显的单极性电阻转变特性,高低阻态比值达到10⁴.高阻态下薄膜的导电过程可用空间电荷限制电流模型解释,过程中存在软击穿现象.在此基础上,对薄膜中丝导电通道的产生及熔断过程进行了初步分析.     

激光致溅射沉积Ge2Sb2Te5薄膜的结晶行为研究

利用ＸＲＤ研究了激光致溅射沉积Ｇｅ_２Ｓｂ_２Ｔｅ_５薄膜的结晶行为;研究发现,与热致相变不同的是,激光致相变只发生从非晶态到ＦＣＣ晶态结构的转变,从ＦＣＣ到ＨＣＰ的结构转变不再发生,这有利于提高相变光盘的信噪比．Ｇｅ_２Ｓｂ_２Ｔｅ_５薄膜的结晶程度受初始化功率和转速的影响．     

Bridgman法生长的MnxCd1-xIn2Te4晶体相形成规律和物理性能研究

采用Bridgman法生长了x为0.1,0.22和0.4的四元稀磁半导体化合物Mn_xCd_1-xIn₂Te₄晶体.研究了三根晶体中相的形貌、结构、成分和Mn_0.1Cd_0.9In₂Te₄晶体中各组元沿轴向和径向的成分分布.晶体生长初始端的组织为α+β+β₁,随着生长的进行,形成β相的单相区.在晶锭末端,形成In₂Te₃类面心立方结构化合物.组分x增大后,Mn_xCd_1-xIn₂Te₄晶体的吸收边向短波方向移动,禁带宽度则线性增大.磁化率测量结果表明:晶体在高温区的x^-1-T曲线服从居里-外斯定律,在低温区(<50K)则表现出顺磁增强现象.     

飞秒激光诱导玻璃内Ba2TiSi2O8晶体的析出

使用聚焦后的800nm,150fs,250kHz的高重复频率飞秒脉冲激光器能够在BaO-TiO₂-SiO₂组分的玻璃内部三维选择性地诱导Ba₂TiSi₂O₈晶体的析出. 发光光谱显示这种晶体把入射的800nm光转化成了400nm的蓝光,因此这种析出的晶体具有非线性倍频特性. 通过拉曼光谱测定,在当前的玻璃组分中析出的晶体是Ba₂TiSi₂O₈. 研究表明,经250kHz的飞秒激光辐照一段时间后,在玻璃内部由于脉冲能量的连续沉积会使得激光辐照区域出现热积累效应,因此,该辐照区域的温度会不断升高以致超过玻璃析晶温度,最终诱导玻璃熔融析晶. 此外,对飞秒激光辐照区域不同部位进行拉曼光谱检测,结果表明：在整个区域Ba₂TiSi₂O₈晶体的析出呈现中间比外围明显的分布特点,因此晶体析出与辐照形成的温度梯度场有密切关系.     

纳米TiO2薄膜的脉冲激光沉积及其光学特性

采用脉冲激光沉积技术(PLD)在硅基片上生长了二氧化钛纳米晶氧化物薄膜, 系统讨论了基片温度、氧分压等因素对薄膜结构特性的影响.X射线衍射结果表明在氧气氛下, 生长的薄膜为锐钛矿结构, 其结晶性随着基片温度的升高而增强, 在750℃、5Pa氧压的情况下为完全c轴取向的锐钛矿相TiO₂薄膜, 在750℃、5Pa氩气氛下则为(110)取向的金红石相薄膜. 场发射扫描电子显微镜结果表明薄膜表面致密, 呈纳米晶结构, 其晶粒尺寸在35nm左右.用傅立叶红外光谱和拉曼光谱对不同条件下制备的TiO₂薄膜进行了表征.紫外-可见透射光谱的测试结果表明, 薄膜在可见光区具有良好的透过率, 计算得到制备的锐钛矿和金红石相TiO₂薄膜在550nm处的折射率分别为2.3和2.5, 其光学带隙分别为3.2和3.0eV.因此通过沉积条件的改变可得到结晶性能和光学性能都不同的TiO₂薄膜.     

燃烧合成Ti3AlC2粉体的机理研究

利用淬火实验并结合XRD、SEM研究了燃烧合成Ti₃AlC₂粉体的机理.实验结果表明,燃烧合成Ti₃AlC₂粉体的机理是溶解再析出机制.即先生成的TiC晶核重新溶解到Ti-Al熔体中,同时三元碳化物开始析出并发育成层状结构.反应可以分为三个阶段:A.预热阶段;B.初始反应阶段;C.溶解析出阶段.     

Crystallization behavior of Ge-doped eutectic Sb70Te30 films in optical disks

We report laser-induced crystallization behavior of binary Sb-Te and ternary Ge-doped eutectic Sb70Te30 thin film samples in a typical quadrilayer stack as used in phase-change optical disk data storage. Several experiments have been conducted on a two-laser static tester in which one laser operating in pulse mode writes crystalline marks on amorphous film or amorphous marks on crystalline film, while the second laser operating at low-power cw mode simultaneously monitors the progress of the crystalline or amorphous mark formation in real time in terms of the reflectivity variation. The results of this study show that the crystallization kinetics of this class of film is strongly growth dominant, which is significantly different from the crystallization kinetics of stochiometric Ge-Sb-Te compositions. In Sb-Te and Ge-doped eutectic Sb70Te30 thin-film samples, the crystallization behavior of the two forms of amorphous states, namely, as-deposited amorphous state and melt-quenched amorphous state, remains approximately same. We have also presented experiments showing the effect of the variation of the Sb/Te ratio and Ge doping on the crystallization behavior of these films.     

Te掺杂对SryCo4Sb12-xTex化合物热电性能的影响

采用熔融法结合SPS烧结技术合成了Sr_yCo₄Sb_12-xTe_x化合物, 并探讨了Te掺杂对化合物热电性能的影响. 采用XRD及EPMA确定了相组成及化学成分, 并测试了材料的高温热电性能. 实验结果表明, 虽然Te掺杂降低了Sr在CoSb₃中的填充量, 但是与具有相近Sr填充量的基体相比, Te掺杂提高了材料的载流子浓度和电导率, 同时也提高了塞贝克系数; Te掺杂由于引入了电子-声子散射, 进一步降低了材料的晶格热导率, 并且随着Te掺杂量的增加, 晶格热导率的降低幅度提高; 对x=0.05的样品Sr_0.18Co₄Sb_11.95Te_0.05, 在850K时, 材料的最大ZT值接近1.0, 与具有相近填充量的基体材料相比, ZT值提高了35％.     

Behavior of GeSbTeBi phase-change optical recording media under subnanosecond pulsed laser irradiation

We investigated the variations in reflectivity during the phase transition between amorphous and crystalline states of a Bi-doped GeTe-Sb2Te3 pseudobinary compound film with subnanosecond laser pulses, using a pump-and-probe technique. We also used a two-laser static tester to estimate the onset time of crystallization under 2.0-micros pulse excitation. Experimental results indicate that the formation of a melt-quenched amorphous mark is completed in approximately 1 ns, but that crystalline mark formation on an as-deposited amorphous region requires several hundred nanoseconds. Simple arguments based on heat diffusion are used to explain the time scale of amorphization and the threshold for creation of a burned-out hole in the phase-change film.     

钒掺杂纳米TiO2薄膜的结构和光吸收性能

采用磁控溅射法制备了不同V含量的纳米TiO₂薄膜,利用SEM、XRD、Raman光谱和UV-vis吸收光谱对V掺杂TiO₂薄膜的表面形貌、结晶特性、晶格应力和光吸收性能进行了分析.结果表明,V掺杂可促进TiO₂薄膜晶粒的定向生长,得到尺寸分布较均匀的哑铃状晶粒,且可抑制薄膜的晶格膨胀和金红石型晶粒的生成.V掺杂TiO₂薄膜处于压应力状态,且应力随V含量增加而增大.V掺杂使导带底向带隙延伸,TiO₂薄膜光学带隙变窄,光响应范围从紫外区红移到可见光区域,提高了薄膜对可见光的吸收率.