脉冲激光沉积法制备硫系玻璃薄膜的结构与光学性质研究

发布时间：2019-09-07 12:20

【摘要】： 硫系玻璃具有良好的透红外光性能,是重要的光学材料与光电子材料。硫系玻璃薄膜在现代集成光学器件研发领域具有诱人的应用前景。本文采用脉冲激光沉积法制备出GeSx(x=2,4,6)、GeSex=2,4,6)、90GeS2-5Ga2S3-5CdS、80GeS2-10Ga2S3-10KBr、(1-x)(4GeSe2-Ga2Se3)-xKBr (x=0,0.1,0.2,0.3)多种体系的玻璃薄膜,采用多种现代测试分析手段,对薄膜的组分、玻璃结构和光学性质等方面作了系统的表征和分析,得出如下主要结果和结论： (1)脉冲激光沉积法制备的硫系玻璃薄膜,其组分与靶材偏离很小。薄膜的表面光滑平整、粗糙度很小。除0.7(4GeSe2-Ga2Se3)-0.3KBr薄膜退火后出现微晶化,其它玻璃薄膜在退火前后均为非晶态。 (2)随着S含量增大,GeSx(x=2,4,6)玻璃薄膜中Ge-Ge键数量减少,平均键能增大,导致短波吸收边发生蓝移,光学带隙逐渐增大(2.59 eV到2.86 eV)；由于Ge4+离子半径较大,极化率较高,导致玻璃薄膜折射率随S含量增加而减小。GeSx薄膜以[GeS4/2]四面体为主要结构基团,以共边或共顶点连接构成玻璃网络；80GeS2-10Ga2S3-10KBr和90GeS2-5Ga2S3-5CdS玻璃薄膜也是以[GeS4/2]和[GaS4/2]四面体为主构成的三维玻璃网络。 (3)随着Se含量增加,GeSex(x=2,4,6)薄膜的光学带隙逐渐减小(1.95eV到1.90eV),但折射率逐渐增加。随着KBr含量增加,(1-x)(4GeSe2-Ga2Se3)-xKBr(x=0,0.1,0.2)玻璃薄膜的光学带隙逐渐增加(1.98eV到2.24eV),折射率逐渐下降。退火导致Ge-Se基薄膜的光学带隙均相应增大。 (4)在0.8GeSe2-0.2Ga2Se3和GeSe4薄膜中观察到明显的光致体积膨胀、光致暗化效应和光致各向异性效应。相对体积膨胀分别为3.3%和9.3%,光致各向异性度分别为5.8%和7.1%。光照射诱发更多的结构缺陷,增加了价带顶的局域态密度,也增大了玻璃的结构无序性。层间结构荷电后,电荷间排斥作用引起体积膨胀。同时使玻璃中紧密变价对(IVAP)与邻近原子的键连接发生改变,产生光致各向异性。 (5)90GeS2-5Ga2S3-5CdS薄膜经电场极化处理后,有二次谐波信号产生,最大二阶非线性系数为χ(2)=3.83pm/V。极化电场诱导偶极子作定向排列,适当的极化温度使得偶极子能够摆脱玻璃网络的束缚,有利于偶极子的定向排列；但温度过高时偶极子热运动过于剧烈,削弱了电场对偶极子的定向排列作用。
【图文】：

脉冲激光沉积法

在基片表面生长成膜，即绝热膨胀后的等离子体在基片表面迅速冷却沉积成膜。通常采用的脉冲激光有:XeCI、户JF、K淦F等准分子激光，其波长分别为308、193、248lun[96]。图2一1为脉冲激光沉积法的装置简图。薄膜等离子体羽辉、、·、，··‘，··;，·;，，备，;..口靶材图2一1脉冲激光沉积法的装置简图Fig.2一 1DevieediagramofPulsedlaserdePosition

沉积过程,图象,靶材,脉冲激光烧蚀

武汉理工大学博士学位论文如图2一2所示，Focsa等人采用高速CCD装置拍摄出PLD沉积过程中羽辉的变化图象【921。该图像清楚地展示了脉冲激光烧蚀靶材产生的羽辉，从IOns到600ns的变化情形。张端明等人研究了脉冲激光烧蚀靶材的动力学，提出了等离子体演化的动力学方程[97]。目前PLD技术的工艺过程仍有很多未知的领域，仍然是科学研究的前沿课题之一。图2一 2PLD沉积过程中羽辉的变化图象192】Fig.2一 2plumeimagesduringthepulsed一 aserdePositionI92]在用PLD法制备薄膜时，其工艺操作中具有以下几个特点四]:(l)激光束会经过凸透镜，聚射到靶材表面对其进行烧蚀。一般采用soolnrn焦距的石英凸透镜，可以将脉冲激光的束斑聚焦到大约为1~2
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TQ171.1

【参考文献】