碱金属钽铌酸盐薄膜的可控生长与光学特性研究
本文选题:KTN薄膜 切入点:脉冲激光沉积技术 出处:《哈尔滨理工大学》2017年硕士论文
【摘要】:碱金属钽铌酸盐光电功能材料以其显著的电光性能在光电信息处理领域等具有较大的应用潜力。相对于体块材料,薄膜形式可以大幅度降低材料的电光调制电压,促进纳秒、亚纳秒量级光开关的实用化进程。因此,对碱金属钽铌酸盐薄膜的研究有着重要的理论与实用意义。本文针对钽铌酸盐材料薄膜化问题展开,制备了纯KLTN电光薄膜并对其实现可控生长,以及对薄膜的基本光学性能和薄膜中的光传输特性进行了研究。利用脉冲激光沉积(PLD)技术成功制备了钙钛矿相的KTa_(0.5)Nb_(0.5)O_3(KTN50)、KTa_(0.65)Nb_(0.35)O_3(KTN65)和K_(0.95)Li_(0.05)Ta_(0.65)Nb_(0.35)O_3(KLTN65)薄膜,从实验方面探索了薄膜的生长规律,得到了薄膜的最佳生长条件。结构及微观形貌表征表明,薄膜在(h00)方向取向度高达94.6%,晶粒尺寸大约50-100nm,且结晶质量良好。针对薄膜生长输运过程中粒子偏离化学计量比造成杂相产生的情况,主要研究了PLD法制备KTN薄膜等离子体羽辉的传输特性,得到了等离子体浓度的空间和时间分布特性。并在此基础上,研究了K、Nb和Ta原子的沉积规律,为钽铌基薄膜的可控生长提供了支持。利用紫外-可见光分光光度计、椭偏仪和Z扫描等分析了KTN薄膜的透射和吸收光谱、折射率等基本光学性能。根据光谱特性计算得到薄膜厚度参数,并解释了薄膜光学禁带展宽的原因;基于薄膜的折射率色散特性,得出在Pt(111)/Ti/SiO_2/Si基片上生长的钽铌酸盐薄膜的折射率方程参数;由薄膜的三阶非线性光学特性,研究得到其非线性折射系数为-6.59×10~(-10)cm~2/W,表明薄膜在波长为532nm、脉宽为8ns、光功率密度为0.48GW/cm~2激光下具有自散焦特性。另外,为了探索KTN薄膜在光学器件领域的潜在应用,进一步研究了KTN/MgO和ITO/KTN/Pt平面波导中的光传输特性,通过频域分析和边界模式分析,得到了KTN平面波导的传播模式,并研究了不同尺寸薄膜TE模式的光传输效率,发现薄膜厚度200-500nm时波长为632.8nm的光具有较高的传输效率和较低的传输损耗。
[Abstract]:The alkali tantalum niobate photoelectric functional materials have great application potential in the field of optoelectronic information processing due to their remarkable electro-optic properties. Compared with bulk materials, the film form can greatly reduce the electro-optic modulation voltage of the materials and promote nanoseconds. Therefore, the study of tantalum niobate thin films has important theoretical and practical significance. In this paper, the thinning of tantalum niobate materials is discussed. Pure KLTN electro-optic thin films have been prepared and their controllable growth has been studied. The basic optical properties of the films and the optical transmission characteristics in the films have been studied. By using the pulsed laser deposition (PLD) technique, the KTaS 0.5NbS / KTN50 / KTa0.65Nb 0.35Nb / 0.35Nb / KTN65 and 0.65NbS / 0.65NbS / 0.65NbS / 0.35NbS / 0.35NbS / 0.65NbS / 0.35Nb / 0.65Nb / T / 0.35Nb / T / 0.35NT / KTN65T thin films of perovskite phase have been successfully prepared by using pulsed laser deposition (PLD) technique. The optimum growth conditions of the films were obtained, and the structure and microstructure of the films were characterized. The orientation degree of the film is as high as 94.6, the grain size is about 50-100 nm, and the crystal quality is good. The transport characteristics of plasma plume of KTN thin films prepared by PLD method were studied, and the spatial and temporal distribution of plasma concentration were obtained. On the basis of this, the deposition rules of Knb and Ta atoms were studied. It provides support for the controllable growth of tantalum and niobium thin films. The transmission and absorption spectra of KTN thin films are analyzed by UV-Vis spectrophotometer, ellipsometry and Z-scan. Basic optical properties such as refractive index. The thickness parameters of thin films are calculated according to their spectral characteristics, and the reasons for the broadening of optical bandgap are explained. The refractive index equation parameters of tantalum niobate thin films grown on Pt(111)/Ti/SiO_2/Si substrates are obtained. The nonlinear refraction coefficient of the film is -6.59 脳 10 ~ (-10) ~ (-1) cm ~ (2 / W), which shows that the film has self-defocusing characteristics at wavelength of 532 nm, pulse width of 8 nm and optical power density of 0.48GW/cm~2 laser. In addition, in order to explore the potential applications of KTN thin films in optical devices, The propagation characteristics of KTN/MgO and ITO/KTN/Pt planar waveguides are further studied. The propagation modes of KTN planar waveguides are obtained by frequency domain analysis and boundary mode analysis, and the optical transmission efficiency of te modes with different sizes is studied. It is found that the light with the wavelength of 632.8nm has higher transmission efficiency and lower transmission loss when the film thickness is 200-500nm.
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O484
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 ;薄膜光学 光学薄膜参数测试[J];中国光学与应用光学文摘;2006年04期
2 ;薄膜光学 其他[J];中国光学与应用光学文摘;2006年05期
3 黄云;黄水花;杨开勇;曲天良;吴素勇;;“薄膜光学”课程建设探索[J];电子世界;2012年23期
4 陈淑芬;李雪;;《薄膜光学》课程的教学研究与探索[J];科技视界;2013年25期
5 李滋兰;;介绍一本国外薄膜光学新教材[J];教材通讯;1990年05期
6 江月松,李翠玲,卢维强;一种简易的薄膜光学特性测量装置[J];光学技术;2002年01期
7 ;薄膜光学[J];中国光学与应用光学文摘;2004年02期
8 ;薄膜光学 光学薄膜参数测试[J];中国光学与应用光学文摘;2005年05期
9 ;薄膜光学 其他[J];中国光学与应用光学文摘;2005年04期
10 ;薄膜光学[J];中国光学与应用光学文摘;2006年02期
相关会议论文 前10条
1 马孜;肖琦;姚德武;;薄膜光学监控信号的数字信号处理[A];2004年光学仪器研讨会论文集[C];2004年
2 张为权;;双轴晶体薄膜光学隧道效应[A];'99十一省(市)光学学术会议论文集[C];1999年
3 何文彦;程鑫彬;马彬;丁涛;叶晓雯;张锦龙;张艳云;焦宏飞;;界面连续性对薄膜节瘤损伤特性的影响研究[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
4 胡小锋;薛亦渝;郭爱云;;离子辅助蒸发TixOy制备氧化钛薄膜及特性[A];2005'全国真空冶金与表面工程学术会议论文集[C];2005年
5 王贺权;沈辉;巴德纯;汪保卫;闻立时;;温度对直流反应磁控溅射制备TiO2薄膜的光学性质的影响[A];2005'全国真空冶金与表面工程学术会议论文集[C];2005年
6 陈凯;崔明启;郑雷;赵屹东;;遗传算法在软X射线薄膜反射率多参数拟合中的应用[A];第13届全国计算机、网络在现代科学技术领域的应用学术会议论文集[C];2007年
7 尚林;赵君芙;张华;梁建;许并社;;不同掺杂元素对GaN薄膜影响的研究进展[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
8 彭晓峰;宋力昕;乐军;胡行方;;硅碳氮薄膜的纳米硬度研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
9 张海芳;杜丕一;翁文剑;韩高荣;;Fe~(3+)离子敏感Ge-Sb-Se-Fe(Ni)系薄膜的掺杂性能研究[A];中国真空学会第六届全国会员代表大会暨学术会议论文摘要集[C];2004年
10 魏启珂;肖波;叶龙强;江波;;Sol-Gel法制备纳米二氧化钛功能性薄膜[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第5分册)[C];2010年
相关重要报纸文章 前1条
1 记者刘其丕 李晓飞;天津薄膜光学重点实验室成立[N];中国有色金属报;2010年
相关博士学位论文 前10条
1 马蕾;Si基纳米薄膜光伏材料的制备、结构表征与光电特性[D];河北大学;2014年
2 李万俊;N-X共掺ZnO薄膜p型导电的形成机制与稳定性研究[D];重庆大学;2015年
3 曾勇;ZnO薄膜光电性能调控技术研究[D];北京工业大学;2015年
4 贺利军;电子束蒸发倾斜沉积氧化铝薄膜结构与性质研究[D];电子科技大学;2014年
5 孙喜桂;硒化铅薄膜的磁控溅射制备及性能研究[D];北京科技大学;2016年
6 张浩;基于原子层沉积的光电薄膜工艺与器件研究[D];上海大学;2015年
7 金磊;多晶BiFeO_3薄膜的阻变行为与机制研究[D];电子科技大学;2015年
8 张玉杰;Sn掺杂In_2O_3和In_2O_3薄膜的电子输运性质研究[D];天津大学;2015年
9 王朝勇;减反射和自清洁功能薄膜的制备与表征[D];郑州大学;2016年
10 王艺程;GHz波段软磁薄膜的性能调控及器件集成技术[D];电子科技大学;2016年
相关硕士学位论文 前10条
1 闫伟超;α-NbZnSnO薄膜的制备与表征及其在薄膜场效应晶体管中的应用[D];浙江大学;2015年
2 王新巧;LPCVD技术沉积的ZnO薄膜及其特性研究[D];河北大学;2015年
3 熊玉宝;超亲水TiO_2透明薄膜的制备及其光催化性能研究[D];南京信息工程大学;2015年
4 柳林杰;Al、N掺杂ZnO薄膜的制备及其ZnO第一性原理计算[D];燕山大学;2015年
5 崔丽;低温溶剂热法制备ZnO薄膜及性能研究[D];燕山大学;2015年
6 魏颖娜;基于非水解sol-gel法的还原氮化技术制备TiN薄膜[D];河北联合大学;2014年
7 张帆;温度相关的二氧化钛及锆钛酸铅薄膜的椭圆偏振光谱研究[D];复旦大学;2014年
8 张清清;能量过滤磁控溅射技术ITO薄膜的制备及性能优化[D];郑州大学;2015年
9 冀亚欣;In_2S_3薄膜的磁控溅射法制备及性能研究[D];西南交通大学;2015年
10 刘倩;Cu-Zn-Sn硫族化物薄膜吸收层的共溅射制备工艺及性能研究[D];内蒙古大学;2015年
,本文编号:1681416
本文链接:https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/1681416.html