【摘 要】
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随着纳米薄膜制备技术和微电子、集成电路产业的发展,各种基于纳米功能薄膜及相应的薄膜元器件得到迅速发展和应用,探索新型薄膜材料和深入理解新型薄膜材料的光学性质变得尤为重要。反射式椭圆偏振光谱法通过分析偏振光在待测样品表面反射前后的振幅（Ψ）以及相位（Δ）的变化得到待测薄膜样品的光学常数和厚度,是目前薄膜材料来光学性质研究的最佳测量方法之一,而且由于在测量过程中不直接接触样品,能够实现无损测量,备受研
【基金项目】
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国家青年自然科学基金项目（项目名称:单晶性LiTi2O4薄膜的PLD制备及其介电响应机制研究,批准号:11804126,11874185）；
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随着纳米薄膜制备技术和微电子、集成电路产业的发展,各种基于纳米功能薄膜及相应的薄膜元器件得到迅速发展和应用,探索新型薄膜材料和深入理解新型薄膜材料的光学性质变得尤为重要。反射式椭圆偏振光谱法通过分析偏振光在待测样品表面反射前后的振幅（Ψ）以及相位（Δ）的变化得到待测薄膜样品的光学常数和厚度,是目前薄膜材料来光学性质研究的最佳测量方法之一,而且由于在测量过程中不直接接触样品,能够实现无损测量,备受研究人员的青睐。但椭偏法只能测量到Ψ和Δ两个参数,而椭偏方程是一个超越方程,不能直接获得精确解,其反演求解的过程直接决定了能否得到的光学常数的正确解,所以对椭偏数据反演算法的研究一直是人们研究的重点之一。本文利用椭偏光谱分析了新型三元混合阳离子钙钛矿薄膜材料的光学性质,并对椭圆光谱数据处理的核心反演算法进行了研究和优化改进,主要包括以下内容:（一）利用椭偏光谱仪分析了三元混合阳离子钙钛矿FA0.79MA0.16Cs0.05PbI2.52Br0.48（FAMACs）薄膜的光学性质,对基于三元钙钛矿薄膜制制成的典型太阳能电池器件性能分别应用时域有限差分法（FDTD）和传输矩阵法（TMM）进行模拟仿真。首先用一步旋涂法制备了高质量的FAMACs薄膜,分别运用X射线衍射、扫描电子显微镜以及椭圆偏振光谱法对样品的形貌结构和光学性质进行表征分析。运用Tauc-Lorentz模型给出了薄膜的光学常数,并计算了其介电函数二阶导谱,观测到在1.66 eV,2.21eV,3.36 eV处存在明显的光电跃迁。分析结果表明,光电跃迁的峰位主要由X位掺杂决定。使用FDTD和TMM模拟计算了基于FAMACs材料的一种典型钙钛矿太阳能电池的光学性能,太阳能电池表现出的光学特性与三元混合阳离子钙钛矿的椭偏分析结果相一致。最后用FDTD模拟计算了采光效率,结果表明,基于FAMACs薄膜制作的太阳能电池的采光效率可达85%以上。（二）针对现有反演算法存在收敛速度慢、容易陷入局部最优解等问题,提出了运用蚁群-模拟退火联合算法解决椭偏数据反演问题,提升了椭偏数据反演算法反演速度;利用Metroplis准则按一定概率接受次优解,增强了原蚁群算法跳出局部最优解陷阱的能力;加入自适应步长的方法,随着评价函数值的降低逐级递减局部搜索步长,提升了反演算法的精确度。利用蚁群-模拟退火融合算法对高温超导薄膜FeSe的椭偏光谱进行数据处理分析,测试结果表明该算法能够快速的实现椭偏数据的精确反演分析。此外利用最小二乘法编写了基于临界点模型拟合介电函数二阶导谱的拟合程序,并进一步开发了相应的拟合软件,通过该拟合软件实现对介电函数二阶导数谱的临界点拟合分析。
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