單相Ag2O光存儲(chǔ)和磁光存儲(chǔ)薄膜的射頻磁控濺射研究.pdf

1、本文利用射頻磁控濺射(RF sputtering)技術(shù),通過(guò)調(diào)制氧氬比(OFR=[02]/[Ar])、襯底溫度(T)和濺射功率(P)在玻璃襯底上制備了一系列單相Ag2O薄膜,并重點(diǎn)研究了不同工藝參數(shù)對(duì)Ag2O薄膜的微結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響。利用X射線衍射譜和掃描電子顯微鏡對(duì)薄膜的微結(jié)構(gòu)和表面特性進(jìn)行了表征；利用分光光度計(jì)、橢圓偏振光譜技術(shù)和經(jīng)典的單振子模型研究了Ag2O薄膜的光學(xué)性質(zhì),并擬合了與薄膜光學(xué)性質(zhì)相關(guān)的光學(xué)常數(shù)等物理參數(shù)。在此基

2、礎(chǔ)上,通過(guò)構(gòu)建通用振子模型研究了薄膜的微結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系。主要的創(chuàng)新性研究結(jié)果如下:
　　 1.用RF sputtering技術(shù)制備了單相的Ag2O薄膜,使氧化銀薄膜熱分解臨界溫度降低到約200℃。提出將RF sputtering技術(shù)制備的單相Ag2O薄膜取代兩相結(jié)構(gòu)的AgxO薄膜有可能有效解決AgxO在短波方向的光存儲(chǔ)和磁光存儲(chǔ)應(yīng)用瓶頸。
　　 2.采用RF sputtering技術(shù),在T=200℃,OFR=0

3、.667,P=200W條件下制備了具有最好的<111>擇優(yōu)取向的單相Ag2O薄膜。隨著P從120 W增大到240 W,薄膜的<111>方向上的平均晶粒尺寸會(huì)先從22.92 nm增大到27.96nm,然后再減小到26.66 nm,薄膜表面結(jié)構(gòu)會(huì)從均勻、致密的表面結(jié)構(gòu)向疏松、多孔結(jié)構(gòu)的演變。
　　 3.采用RF sputtering技術(shù),在P=200 W,OFR=0.667條件下通過(guò)改變T制備了一系列的Ag2O薄膜。T≤200℃時(shí),

4、制備的Ag2O薄膜均呈現(xiàn)出良好的<111>擇優(yōu)取向。隨著T從100℃升高到225℃,Ag2O薄膜的結(jié)晶趨于變差。隨著T的增大,Ag2O薄膜<111>方向上的平均晶粒尺寸從17.79 nm增加到30.60 nm.。薄膜的表面結(jié)構(gòu)明顯呈現(xiàn)了從均勻、致密的表面結(jié)構(gòu)向疏松、混亂溝壑結(jié)構(gòu)的演變。薄膜透明區(qū)的反射率和透射率隨T的逐漸增大逐漸降低,而吸收率逐漸增高。隨著T的增大,制備的Ag2O薄膜的光學(xué)帶隙Eg,opt總體從3.25 eV減小到2.7

5、7 eV。
　　 4.利用RF sputtering技術(shù),在T=200℃,P=200 W的條件下通過(guò)改變OFR制備了一系列的Ag2O薄膜,其中OFR=0.667條件下制備的單相Ag2O薄膜的質(zhì)量最好,該薄膜具有明顯的<111>擇優(yōu)取向。隨著OFR的增加,薄膜的<111>方向的平均晶粒尺寸從23.65 nm增大到28.41 nm,而薄膜的電導(dǎo)率在不斷地下降大小保持在10-4的數(shù)量級(jí)。薄膜在近紅外區(qū)的透射率均超過(guò)70％,在可見光區(qū)域

6、急劇下降。薄膜的光學(xué)帶隙在3.266 eV和3.107 eV之間。
　　 5.借助測(cè)量的橢圓偏振光譜,并利用通用振子模型(包括1個(gè)Tauc-Lorentz振子和2個(gè)Lorentz振子)擬合了單相Ag2O薄膜的厚度、折射率、消光系數(shù)和光學(xué)帶隙等參數(shù)。結(jié)果顯示,正常色散發(fā)生在2.13 eV以下,反常色散發(fā)生在3.3 eV以上,與等離子振動(dòng)頻率一致。E0和Ed分別是單振子的能量和散射能,擬合的單振子模型參數(shù)E0和Ed分別為3.546