介质/金属/介质透明导电多层膜的椭圆偏振光谱研究
发布时间：2020-12-26 19:22
拥有介质/金属/介质结构的透明导电多层膜的光学与电学性能优于单层透明导电氧化物膜或金属膜,且能够在低温下制备。采用磁控溅射室温制备ZnO/Ag/SiN透明导电多层膜,并进行变角度椭圆偏振光谱测量。对单层膜建立物理模型并进行拟合,获得每层膜的折射率与消光系数。由单层膜模型组建多层膜模型,使多层膜的椭圆偏振光谱拟合值与实测值相吻合。拟合结果表明,不同O2和Ar流量比条件下制备衬底层ZnO时,功能层Ag的Drude模型中载流子浓度几乎不变,而迁移率不同。当O2和Ar流量比使ZnO处于氧化态时,Ag层的迁移率最高,由X射线衍射分析发现,此时Ag层具有最强的结晶强度与择优取向。
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2016年10期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
玻璃基体上单层膜的椭偏光谱.(a)(b)Zp0层.Fig.2Ellipsometric.spectraofsinglelayerstipglasssubstrate.(a)(6)
５３，?１０３１０１（２０１６）?激兴与畀电ｇ？进展?ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ??３．２椭偏多层膜的建模和拟合??获得单层膜的拟合模型后，可以将单层膜逐层累加，对多层膜进行拟合。图４所示为ＺｎＯ／Ａｇ／ＳｉＮ多??层膜的椭偏拟合模型，图４（ａ）为膜层结构及拟合膜厚，图４（ｂ）为模型名称及说明。以〇２和Ａｒ流量比为??０．２４的多层膜为例，由下至上分别为：２?ｍｍ的玻璃基体，采用背面反射修正；厚度为５０．０?ｎｍ的ＺｎＯ层，符??合Ｈｅｒｚｉｎｇｅｒ等［８］提出的Ｈ－Ｊ半导体模型；厚度为２０．７?ｎｍ的Ａｇ层，符合Ｄｒｕｄｅ模型；厚度为３７．０?ｎｍ的??ＳｉＮ层，符合Ｃａｕｃｈｙ模型；最表面的粗槌度层（Ｓｒｏｕｇｈ），该层本质上是根据有效介质理论设定为５０％孔隙??率的表面疏松层，其光学常数为内部介质层光学常数的一半［１２］，拟合厚度为７．５??Ｓｒｏｕｇｈ?７．５?ｎｍ?５０％?ｔｏｐ－ｌａｙｅｒ，?５０％?ｖｏｉｄ??ＳｉＮ?３７．０?ｎｍ?Ｃａｕｃｈｙ?ｍｏｄｅｌ??Ａｇ?２０．７?ｎｍ?Ｄｒｕｄｅ?ｍｏｄｅｌ??ＺｎＯ?５０．０?ｎｍ?Ｈ－Ｊ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?ｍｏｄｅｌ??ｇｌａｓｓ?２?ｍｍ?ｂａｃｋｓｉｄｅ?ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ??图４?ＺｎＯ／Ａｇ／ＳｉＮ多层膜的椭偏拟合模型??Ｆｉｇ．?４?Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｉｃａｌ?ｆｉｔｔｉｎｇ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒ?ＺｎＯ／Ａｇ／ＳｉＮ?ｆｉｌｍ??椭偏拟合时待求解的未知参数个数小于等于约束方程的个数时才能获得精确解。多层膜的拟合中未知??参数过多，需要固定一些已知参数，并设置拟合权重，避免参
１?０．２?０．３?０．４?０．５??Ｆｌｏｗ?ｒａｔｅ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?〇２?ｔｏ?Ａｒ??图６?Ａｇ层的载流子浓度与迁移率随ＺｎＯ层０２和Ａｒ流量比的变化??Ｆｉｇ．?６?Ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｍｏｂｉｌｉｔｙ?ａｎｄ?ｃａｒｒｉｅｒ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?Ａｇ?ｆｉｌｍ?ｗｉｔｈ?ｆｌｏｗ?ｒａｔｅ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?０２?ｔｏ?Ａｒ?ｉｎ?ＺｎＯ?ｌａｙｅｒ??３．３结构分析??采用ＸＲＤ探测不同０２和Ａｒ流量比条件下制备的ＺｎＯ／Ａｇ／ＳｉＮ多层膜的结构。如图７（ａ）所示，曲线??上方标示的数字为０２和Ａｒ的流量比，流量比为０表示无ＺｎＯ衬底层的Ａｇ／ＳｉＮ双层膜，流量比为０．２１？??０．３０对应ＺｎＯ的过渡态，流量比为０．３０？０．５０对应ＺｎＯ的氧化态。??如图７所示，２０角在２０°？３０°之间的非晶峰为玻璃基体与下介质层ＳｉＮ［１７］，此外还探测到ＺｎＯ（００２）衍??射峰与Ａｇ（ｌｌｌ）、（２００）衍射峰。Ａｇ（２００）衍射峰只在Ａｇ／ＳｉＮ双层膜与过渡态ＺｎＯ／Ａｇ／ＳｉＮ多层膜中被探??测到，而在氧化态的ＺｎＯ／Ａｇ／ＳｉＮ多层膜中没有出现，说明氧化态的Ｚｎ？有利于Ａｇ膜的择优取向。??ｗ?Ａ＾ｎｉ）?６０００?Ｒｂ）?＂??｜?５０００－?广－???ＺｎＯ?（００２）?｜?／??＾?＾?Ｌ?－?Ｑ－５０?４０００＇?／??ｇ?一＾??０．４０?ｇ?／??一■ｚ?二一？人ＪＬ?—?°－２４?２０００?／????＾???０－２１?■＇?ｊ??＾?■一?＾＾ｊＴ＾ｇｃ２００）?〇?—?—?ｌｏｏｏ－??２０?３０?４０?５０?６０?°
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化铪薄膜的宽光谱光学特性研究[J]. 朱晓龙,肖峻,马孜. 激光与光电子学进展. 2016(03)
[2]线性离子源对玻璃基片的表面改性[J]. 孙瑶,汪洪. 硅酸盐学报. 2015(11)
[3]溅射工艺对D/M/D结构中SiN_x介质膜光学常数的影响[J]. 孙瑶,汪洪. 航空材料学报. 2015(04)
[4]分光椭偏技术在铟锡氧薄膜光电特性研究中的应用[J]. 胡慧,张丽平,孟凡英,刘正新. 光学学报. 2014(10)
[5]氮化硅薄膜热处理前后表面组成和折射率[J]. 赵青南,董玉红,刘莹,赵庆忠,赵修建. 武汉理工大学学报. 2010(22)
[6]TiN_x/Ag/TiN_x复合膜的光学性能[J]. 黄佳木,蒋攀,董思勤. 光学学报. 2010(06)
[7]介质/金属/介质多层透明导电薄膜研究进展[J]. 刘静,刘丹,顾真安. 材料导报. 2005(08)
[8]椭圆偏振光谱中的主角测量条件分析[J]. 赵海斌,夏国强,陈岳立,李晶,周仕明,陈良尧. 光学学报. 2001(06)
本文编号：2940321
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2016年10期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
玻璃基体上单层膜的椭偏光谱.(a)(b)Zp0层.Fig.2Ellipsometric.spectraofsinglelayerstipglasssubstrate.(a)(6)
５３，?１０３１０１（２０１６）?激兴与畀电ｇ？进展?ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ??３．２椭偏多层膜的建模和拟合??获得单层膜的拟合模型后，可以将单层膜逐层累加，对多层膜进行拟合。图４所示为ＺｎＯ／Ａｇ／ＳｉＮ多??层膜的椭偏拟合模型，图４（ａ）为膜层结构及拟合膜厚，图４（ｂ）为模型名称及说明。以〇２和Ａｒ流量比为??０．２４的多层膜为例，由下至上分别为：２?ｍｍ的玻璃基体，采用背面反射修正；厚度为５０．０?ｎｍ的ＺｎＯ层，符??合Ｈｅｒｚｉｎｇｅｒ等［８］提出的Ｈ－Ｊ半导体模型；厚度为２０．７?ｎｍ的Ａｇ层，符合Ｄｒｕｄｅ模型；厚度为３７．０?ｎｍ的??ＳｉＮ层，符合Ｃａｕｃｈｙ模型；最表面的粗槌度层（Ｓｒｏｕｇｈ），该层本质上是根据有效介质理论设定为５０％孔隙??率的表面疏松层，其光学常数为内部介质层光学常数的一半［１２］，拟合厚度为７．５??Ｓｒｏｕｇｈ?７．５?ｎｍ?５０％?ｔｏｐ－ｌａｙｅｒ，?５０％?ｖｏｉｄ??ＳｉＮ?３７．０?ｎｍ?Ｃａｕｃｈｙ?ｍｏｄｅｌ??Ａｇ?２０．７?ｎｍ?Ｄｒｕｄｅ?ｍｏｄｅｌ??ＺｎＯ?５０．０?ｎｍ?Ｈ－Ｊ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?ｍｏｄｅｌ??ｇｌａｓｓ?２?ｍｍ?ｂａｃｋｓｉｄｅ?ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ??图４?ＺｎＯ／Ａｇ／ＳｉＮ多层膜的椭偏拟合模型??Ｆｉｇ．?４?Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｉｃａｌ?ｆｉｔｔｉｎｇ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒ?ＺｎＯ／Ａｇ／ＳｉＮ?ｆｉｌｍ??椭偏拟合时待求解的未知参数个数小于等于约束方程的个数时才能获得精确解。多层膜的拟合中未知??参数过多，需要固定一些已知参数，并设置拟合权重，避免参
１?０．２?０．３?０．４?０．５??Ｆｌｏｗ?ｒａｔｅ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?〇２?ｔｏ?Ａｒ??图６?Ａｇ层的载流子浓度与迁移率随ＺｎＯ层０２和Ａｒ流量比的变化??Ｆｉｇ．?６?Ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｍｏｂｉｌｉｔｙ?ａｎｄ?ｃａｒｒｉｅｒ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?Ａｇ?ｆｉｌｍ?ｗｉｔｈ?ｆｌｏｗ?ｒａｔｅ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?０２?ｔｏ?Ａｒ?ｉｎ?ＺｎＯ?ｌａｙｅｒ??３．３结构分析??采用ＸＲＤ探测不同０２和Ａｒ流量比条件下制备的ＺｎＯ／Ａｇ／ＳｉＮ多层膜的结构。如图７（ａ）所示，曲线??上方标示的数字为０２和Ａｒ的流量比，流量比为０表示无ＺｎＯ衬底层的Ａｇ／ＳｉＮ双层膜，流量比为０．２１？??０．３０对应ＺｎＯ的过渡态，流量比为０．３０？０．５０对应ＺｎＯ的氧化态。??如图７所示，２０角在２０°？３０°之间的非晶峰为玻璃基体与下介质层ＳｉＮ［１７］，此外还探测到ＺｎＯ（００２）衍??射峰与Ａｇ（ｌｌｌ）、（２００）衍射峰。Ａｇ（２００）衍射峰只在Ａｇ／ＳｉＮ双层膜与过渡态ＺｎＯ／Ａｇ／ＳｉＮ多层膜中被探??测到，而在氧化态的ＺｎＯ／Ａｇ／ＳｉＮ多层膜中没有出现，说明氧化态的Ｚｎ？有利于Ａｇ膜的择优取向。??ｗ?Ａ＾ｎｉ）?６０００?Ｒｂ）?＂??｜?５０００－?广－???ＺｎＯ?（００２）?｜?／??＾?＾?Ｌ?－?Ｑ－５０?４０００＇?／??ｇ?一＾??０．４０?ｇ?／??一■ｚ?二一？人ＪＬ?—?°－２４?２０００?／????＾???０－２１?■＇?ｊ??＾?■一?＾＾ｊＴ＾ｇｃ２００）?〇?—?—?ｌｏｏｏ－??２０?３０?４０?５０?６０?°
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化铪薄膜的宽光谱光学特性研究[J]. 朱晓龙,肖峻,马孜. 激光与光电子学进展. 2016(03)
[2]线性离子源对玻璃基片的表面改性[J]. 孙瑶,汪洪. 硅酸盐学报. 2015(11)
[3]溅射工艺对D/M/D结构中SiN_x介质膜光学常数的影响[J]. 孙瑶,汪洪. 航空材料学报. 2015(04)
[4]分光椭偏技术在铟锡氧薄膜光电特性研究中的应用[J]. 胡慧,张丽平,孟凡英,刘正新. 光学学报. 2014(10)
[5]氮化硅薄膜热处理前后表面组成和折射率[J]. 赵青南,董玉红,刘莹,赵庆忠,赵修建. 武汉理工大学学报. 2010(22)
[6]TiN_x/Ag/TiN_x复合膜的光学性能[J]. 黄佳木,蒋攀,董思勤. 光学学报. 2010(06)
[7]介质/金属/介质多层透明导电薄膜研究进展[J]. 刘静,刘丹,顾真安. 材料导报. 2005(08)
[8]椭圆偏振光谱中的主角测量条件分析[J]. 赵海斌,夏国强,陈岳立,李晶,周仕明,陈良尧. 光学学报. 2001(06)
本文编号：2940321
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