納米薄膜制備及其光學(xué)參數(shù)研究.pdf

1、隨著功能薄膜材料在半導(dǎo)體、傳感器、太陽能電池等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，納米薄膜的制備與設(shè)計得到人們越來越多的關(guān)注。將納米薄膜應(yīng)用到光學(xué)薄膜器件中時，如何精確確定納米薄膜厚度及光學(xué)參數(shù)成為了其中的難題。以更為有效地確定納米薄膜厚度及光學(xué)參數(shù)為研究目的，本文利用非線性約束擬合算法設(shè)計計算機程序加以運算，通過對薄膜透射率的擬合，獲取了單層/雙層納米薄膜的厚度及光學(xué)參數(shù)。并且，運用顯微分析手段對納米薄膜進行了分析，獲得了制備工藝及后處理條件對納米薄膜結(jié)

2、構(gòu)及表面形貌的影響關(guān)系。以納米薄膜制備工藝和納米薄膜厚度及光學(xué)參數(shù)的簡便獲得方法為課題的本文研究，有助于納米薄膜制備工藝條件的確定及基于精確薄膜參數(shù)的薄膜設(shè)計應(yīng)用。 磁控濺射技術(shù)以其面上均勻性佳和適于大面積制備等優(yōu)點成為了獲得高性能納米薄膜材料的重要手段。本文采用磁控濺射法在玻璃基底上分別制備了不同厚度的單層TiO2、Au納米薄膜和TiO2/Au、TiO2/Si3N4雙層納米薄膜并用分光光度計測量了這些薄膜的透射光譜。透射光譜可

3、以提供所測材料的精確光學(xué)信息，通過透射光譜獲取的薄膜光學(xué)參數(shù) 和薄膜厚度是目標研究參數(shù)。本文根據(jù)麥克斯韋電磁場方程組，推導(dǎo)出光波在單層/雙層光學(xué)介質(zhì)內(nèi)的傳播方程組，從而給出了光學(xué)系統(tǒng)的理論透射率T(λ,d, n(λ),k(λ))。然后利用非線性約束優(yōu)化算法擬合薄膜實測透射率和理論計算透射率，理論計算透射率T(λ,d, n(λ),k(λ))與實測透射率T0(λ,d, n(λ),k(λ))的偏差為δT=Σ(T-T0)2，當其為最小值時，該薄

4、膜參數(shù)為最佳薄膜參數(shù)(薄膜厚度，折射率，消光系數(shù))。最后通過擬合算法獲得的薄膜參數(shù)與橢圓偏振儀測量值和相關(guān)文獻報道的數(shù)據(jù)對比，得以檢驗程序的正確性和精確度。 通過本文研究，設(shè)計了基于非線性約束優(yōu)化理論的擬合方法的計算機程序，此方法具有透射光譜易測量、不受制于特定色散模型及計算精度高等優(yōu)點。得到的擬合計算結(jié)果與橢圓偏振儀測量結(jié)果及相關(guān)文獻報道的實際情況基本相符。本文給出了襯底溫度、氧分壓及退火溫度等制備和后處理條件對納米薄膜結(jié)構(gòu)和