电子束蒸发沉积TiO2薄膜结构及光学性能的研究

研究了工艺条件对电子束蒸发沉积在 K9玻璃上 Ti O2 薄膜的结构和光学性能的影响。正交试验结果表明 ,基片温度是影响薄膜光学常数的主要因素 ,制备 Ti O2 薄膜的最佳工艺参数为 :基片温度 30 0℃ ,工作真空 2× 10 - 2 Pa,沉积速率 0 .2 nm/ s。采用最佳工艺沉积在透明基片上的 Ti O2 薄膜在可见光区具有良好的透过特性 ,同时也得出了薄膜的光学带隙能 Eg=3.77e V。 SEM观察结果表明薄膜为柱状纤维结构 ,柱状纤维的直径在 10 0～ 15 0 nm之间     

Correlations between the Optical Properties and the Microstructure of TiO2 Thin Films Prepared by Reactive Electron-beam Evaporation

High refractive index TiO₂ thin films were deposited on BK7 glass by reactive electron—beam (REB) evaporation at pressure of 2×10⁻² Pa, deposition rate of 0.2 nm/s and at various substrate temperatures from 120°C to 300°C. The refractive index and the thickness of the films were measured by visible spectroscopic ellipsometry (SE) and determined from transmission spectra. Optical properties and structure features were characterized by UV-VIS, SEM and XRD, respectively. The measurement and analysis on transmission spectra of all samples show that with the substrate temperature increasing from 120°C to 300°C, the refractive indices of thin films increase from 1.7 to 2.1 and the films after heat treatment have higher refractive indices due to its crystallizing. The XRD analysis results indicate that the structure of TiO₂ thin films deposited on BK7 glass at substrate temperatures of 120°C, 200°C and 300°C is amorphous, after post-annealing under air condition at 400°C for 1 hour, the amorphous structure is crystallized, the crystal phase is of 100% anatase with strong preferred orientation (004) and the grain size of crystalline is within 3.6–8.1 nm, which is consistent with results from SEM observation. WANG Xue-hua: Born in 1976. Funded by the Youth Project Foundation of Hubei Provincial Education Department (No. 2003B00)     

蒸发速率对电子束蒸发法制备CdS薄膜性质影响

采用电子束蒸发法,以高纯CdS块料为膜料在玻璃基底上制备了CdS薄膜。利用X射线衍射仪和原子力显微镜表征其晶体结构和表面形貌,用四探针电阻测试仪和紫外可见分光光度计分析其电学及光学特性。结果表明,蒸发速率对薄膜结构及特性有显著影响,其中在蒸发速率为10?S-1制备的CdS薄膜均匀致密且其XRD衍射峰强度最大,薄膜的光电性能最好。这些CdS薄膜的光敏性达到7.7×102,其中亮电阻的最小值为1350Ω/□。     

PECVD工艺参数对SiO_2薄膜光学性能的影响

为探索利用等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Depo-sition,PECVD)技术制作光学薄膜的有效方法.以SiH4和N2O作为反应气体,通过采用M-2000UI型宽光谱变角度椭圆偏振仪对制作样片进行测试,分析了薄膜沉积过程中的不同的工艺参数对SiO2薄膜光学性能的影响.实验结果表明:在PECVD技术工作参数范围内,基底温度为350℃,射频功率为150 W,反应气压为100 Pa时,能够沉积消光系数小于10-5,沉积速率为(15±1)nm/min,折射率为(1.465±0.5)×10-4的SiO2薄膜.     

Optical Properties and Microstructure of Ta2O5 Thin Films Prepared by Ion Assisted Electron Beam Evaporation

An effective method for determining the refractive index of weak absorption transparent thin films was presented, which is also applicable to other weak absorption dielectric thin films.The as-deposited Ta2O5 thin films prepared by ion assisted electron beam evaporation showed a maxima transmittance as high as 93% which was close to that of the bare substrate, and exhibited a blue shift when the substrate temperature increased from room temperature to 250 ℃. The refractive index seemed to be immune to the substrate temperature and film thickness with its value about 2.14 at incidence wavelength of 550 nm. The surface morphology measured by atomic force microscopy (AFM) revealed that the microstructures lead to the slim optical difference, which was the interplay of substrate temperature and assisted ion beam.     

沉积速率对离子辅助蒸发ITO光学性能的影响

选用高纯度ITO颗粒(w(In2O3)∶w(SnO2)=9∶1)作为蒸发膜料、CAB(钙铝钡)红外玻璃为基片,利用离子辅助电子束蒸发技术在不同的沉积速率下制备了光学性能优良的ITO薄膜,并详细讨论了沉积速率对ITO薄膜可见光透过率、禁带宽度、短波截止限、长波截止限及红外区透过率等性能的影响。结果表明:沉积速率对ITO薄膜的光学性能具有重要影响。薄膜的可见光透过率最高可达82.6%,并随沉积速率的升高而降低;禁带宽度随沉积速率的改变在3.75～3.98eV之间变化,短波截止限随着禁带的宽化,向短波方向移动;在红外区,ITO薄膜的平均透过率随沉积速率的上升而明显减小,薄膜等离子波长λp发生蓝移现象。     

液位沉降法制备 Ti O2薄膜及其性能研究

以钛酸丁酯为前驱液,无水乙醇为溶剂,乙酰丙酮为稳定剂,制备了 TiO2溶胶,采用液位沉降法在清洁的玻璃衬底上镀制TiO2薄膜。研究了添加剂聚乙二醇（1000）、p H、衬底温度对 TiO2溶胶在玻璃基板上附着性的影响;研究了液位沉降速度、容器倾角以及溶胶附着性对TiO2薄膜厚度的影响。考察了TiO2薄膜的表面形貌、晶相、光催化性能。结果表明,采用PEG与 Ti4＋的质量比为1,不调节pH的TiO2溶胶,在沉降速度为7 cm/min ,容器倾角为30°所制得的TiO2薄膜的光催化性能最好,光照3 h时其光催化降解率高达52.1％。     

氧分压对电弧源制备TiO2薄膜光学性能和表面形貌的影响

为了寻求更加有效的方法和途径来制备高质量的光学薄膜,以直流磁过滤电弧源（УВНИПА？1-001型等离子体镀膜机）技术作为制备方法镀制TiO2光学薄膜,通过在不同氧分压的条件下制备TiO2光学薄膜.利用椭圆偏振光谱仪研究TiO2薄膜的光学性能,TayloyHobson轮廓仪研究TiO2薄膜的厚度和表面形貌.研究结果表明：制备出的TiO2薄膜随着氧分压的不断提高,在400～1 000nm的波长范围内折射率变化较大,在1 000～1 600nm的波长范围内折射率变化较为平稳;其消光系数在10-3数量级上;TiO2薄膜的吸收较小;TiO2薄膜的厚度和粗糙度呈现出先增大后减小的趋势.在氧分压为1.0Pa时,薄膜的表面未观察到明显的孔洞、裂纹等缺陷,所制备的薄膜致密且稳定性较好.     

磁控溅射法镀制氮化铝薄膜特性研究

氮化铝薄膜具有高折射率,良好的化学稳定性,耐磨摩、高电阻等特性在微电子器件和光学薄膜中有着广泛地应用.本文研究了反应式磁控溅射方法利用Ar/N2混合气体镀制氮化铝薄膜的工艺过程,实验表明在高真空和高泵浦速率条件下,放电电压直接依赖于反应气体珠浓度.薄膜的折射率,消光系数和薄膜硬度都依赖于氮气浓度的比例.通过工艺研究,找到了氮气在不同浓度下对氮化铝薄膜的折射率,消光系数以及薄膜硬度的影响,找出了镀制氮化镀制氮化铝薄膜的最佳工艺参数.在Ar/N2工作气体中氮气含量保持在40%条件下,用反应式磁控溅射方法,可以精确镀制出良好的氮化铝薄膜,其中折射率范围在2.25~2.4之间,消光系数为10-3,薄膜显微硬度大于20GPa.该薄膜可以广泛应用于微电子器件和光电器件上.     

溅射气压对Ba2-xTiSi2+yO8铁电薄膜微观结构的影响

采用磁控溅射技术制备出Ba2-xTiSi2 yO8薄膜，研究了溅射工作气压对薄膜结构的影响。实验发现，随气压降低，Ba含量增加、Si含量下降，薄膜趋向于Ba2TiSi2O8结构。此外，降低工作气压还有助于提高薄膜的结晶度及取向度；这一现象与溅射过程中溅射粒子平均自由程的变化密切相关：工作气压降低，使Ba离子平均自由程提高，到达衬底表面Ba原子数量增加、能量上升，抑制了Ba缺失现象，提高了薄膜质量。     

非晶硅薄膜PECVD法制备与光学性质表征

在普通玻璃上采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备氢化非晶硅薄膜,研究了在不同温度、压力、功率、H2/SiH4气体流量比等条件下氢化非晶硅的沉积速率,折射率、消光系数、吸收系数、光学禁带宽度等光学性质。实验结果表明非晶硅薄膜的折射率随着入射光波长的增加而减小;在500 nm处吸收系数高达8.5×104cm-1,光学禁带宽度在1.60—1.78 eV之间变化。     

Ag掺杂纳米TiO2薄膜制备及其结构表征的研究

以钛酸四丁酯、无水乙醇、硝酸银为原料,硝酸作为催化抑制剂,采用溶胶-凝胶法获得前躯体,将前躯体煅烧制备了Ag掺杂纳米TiO2粉体和薄膜.采用DTA-TG对前躯体的热分解行为进行研究,利用XRD对制备的粉体TiO2产物的晶型、粒度和粒径分布分析,并利用SEM对薄膜的表面形貌和颗粒粒度进行表征观察.试验结果表明,纳米TiO2产物的晶型为锐钛矿型,其中在350℃煅烧的粉体和薄膜中,晶粒平均粒径为十几纳米左右,粒径分布较窄,且薄膜表面厚度分布均匀.     

非晶态ZnO薄膜的微结构及光学性质

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了非晶态ZnO薄膜。用X射线衍射仪(XRD)、扫描探针显微镜(SPM)研究了非晶态ZnO薄膜的晶相和微观形貌,用紫外-可见光光度计和荧光光度计研究了非晶态ZnO薄膜的光学特性。测试结果表明,XRD谱没有任何衍射峰,表明所制备的ZnO薄膜确实是非晶态;非晶态ZnO薄膜的表面平整、光滑,表面粗糙度均值为1.5 nm;在可见光区有很高的透过率,最高值为90%;光学带隙为3.39 eV;其PL谱显示在紫外区384 nm处有较强的紫外发射。     

Photocatalytic Activities of Amorphous TiO2-Cr Thin Films Prepared by Magnetron Sputtering

Chrome-doped titanium oxide films were prepared by reactive magnetron sputtering method. The films deposited on glass slides at room temperature were investigated by atom force microscope, X-ray diffractometer, X-ray photoelectron spectroscopy, UV-Vis spectrophotometer,the photoluminescence (PL) and ellipse polarization apparatus. The results indicate that TiO2-Cr film exists in the form of amorphous. The prepared films possess a band gap of less than 3.20 eV, and a new absorption peak. The films, irradiated for 5 h under UV light, exhibit excellent photocatalytic activities with the optimum decomposition rate at 98.5% for methylene blue. Consequently, the thickness threshold on these films is 114 nm, at which the rate of photodegradation is 95% in 5 h. When the thickness is over 114 nm, the rate of photodegradation becomes stable. This result is completely different from that of crystalloid TiO2 thin film.     

超声喷雾热分解制备ZnO薄膜及其光学性能的研究

以醋酸锌水溶液为前驱体,采用超声喷雾热分解方法在普通玻璃衬底上沉积了ZnO薄膜,以X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和紫外-可见光分光光度计（UV—Vis）等手段对所得ZnO薄膜的晶体结构、微观形貌和光学性能进行了分析,着重考察了衬底温度、衬底与喷嘴之间的距离、生长时间对ZnO薄膜晶体结构和光学性能的影响。结果表明,衬底温度大于450℃,载气流量为4L／min,衬底与喷嘴之间的距离为6cm,生长时间为30min下所得的ZnO薄膜较好,衍射峰较强,表面均匀致密,在可见光区域透过率为80％以上。     

Fe掺杂对ZnO薄膜的微结构与光学性质的影响

采用溶胶一凝胶法在石英玻璃衬底上制备了Fe掺杂的ZnO薄膜,研究了不同的Fe掺杂浓度对ZnO薄膜的微结构与光学性质的影响.利用x射线衍射分析了薄膜样品的晶向和晶相.利用原子力显微镜观测了薄膜样品的表面形貌,利用双光束紫外-可见分光光度计分析了znO薄膜样品的光学性质.实验结果表明:所有ZnO薄膜样品都是六角纤锌矿结构,ZnO晶粒沿c轴择优生长.质量分数为1%fe掺入之后,ZnO薄膜的C轴择优取向进一步增强,薄膜的晶化质量也得到进一步提高.当Fe的掺杂浓度高于1%时,ZnO薄膜(002)衍射峰的强度又降低了,这可能是由于Fe2+(x=2或3)和zn2+具有不同的离子半径,大量的Fe2+进入晶格取代Zn2+导致晶格严重畸变,从而影响了znO晶粒的正常生长.所制备的ZnO薄膜在可见光区都具有高的透射丰,由吸收边估算出来的ZnO薄膜的光学带隙表明:随着Fe的掺杂浓度的提高,光学带隙逐渐展宽.     

不同衬底温度对ZnO薄膜结构和光学性质的影响

利用磁控溅射在玻璃基片上制备了不同衬底温度下的ZnO薄膜.借助X射线衍射仪(XRD)、吸收光谱、光致发光谱(PL)等手段研究了衬底温度对ZnO薄膜的微结构、光致发光性能的影响.结果表明:所有样品均呈现ZnO六角纤锌矿结构且具有高度c轴择优取向;ZnO薄膜在可见区的吸收系数很小,在紫外区有很高的吸收系数;室温下的荧光光谱显示薄膜具有较强的紫光发射.     

真空蒸镀ITO薄膜退火特性分析

采用真空蒸发镀膜工艺制备了ITO透明导电薄膜,以四探针表面电阻仪测量得薄膜方块电阻为400Ω,用组合式多功能光栅光谱仪测得透光率为80%,利用扫描电镜测得膜厚为103 nm.用XRD分析了薄膜的物相,并用原子力显微镜分析了薄膜的表面形貌及粗糙度.对薄膜进行退火处理,结果表明,随着热处理温度的升高,晶化趋于完整,组织结构逐渐均匀致密,晶粒有所长大.随退火时间的增加,透光率增加,但方块电阻先减小后增加.     

氮气流量对反应磁控溅射制备TiNx薄膜的影响

采用直流磁控溅射法,在S i基底上制备TiNx薄膜。研究了溅射沉积过程中氮气流量对TiNx薄膜生长及性能的影响。研究发现:在其它工艺参数不变的情况下,改变N2流量,薄膜的主要成分是(110)择优取向的四方相Ti2N。随着N2流量的增加,薄膜的厚度逐渐增加,薄膜粗糙度、颗粒尺寸和电阻率     

退火温度对锆酸铅薄膜光学性能的影响

用溶胶-凝胶法在石英玻璃基片上成功地制备了PbZrO3(PZ)薄膜．X射线衍射分析结果表明晶化好的PZ薄膜,是多晶钙钛矿结构．750℃晶化的薄膜,晶粒尺寸为30～50nm．用紫外-可见光分光光度计在波长200～900nm范围内,测量了不同温度退火的PZ薄膜的透射率,结果表明450、600、750℃退火的薄膜样品,其光学吸收边分别为4．11、4．56、4．59eV．