【摘 要】
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近些年来,集成光子学理论与技术蓬勃发展,相关光子器件的研究也层出不穷。硫系材料具有超快的非线性响应、超宽的红外透过范围、超高的三阶非线性折射率以及极小的双光子吸收等优点,使其在红外光子领域具有广阔的应用前景,同时其波导制备能与传统CMOS工艺相兼容,进而产生了“硫系光子学”这一热门的研究方向。硫系光子学的研究主要分为三个方面:硫系基质材料的性能研究及优化、光子器件的设计与制备以及光子器件的应用。其
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近些年来,集成光子学理论与技术蓬勃发展,相关光子器件的研究也层出不穷。硫系材料具有超快的非线性响应、超宽的红外透过范围、超高的三阶非线性折射率以及极小的双光子吸收等优点,使其在红外光子领域具有广阔的应用前景,同时其波导制备能与传统CMOS工艺相兼容,进而产生了“硫系光子学”这一热门的研究方向。硫系光子学的研究主要分为三个方面:硫系基质材料的性能研究及优化、光子器件的设计与制备以及光子器件的应用。其中基质薄膜材料的研究是整个体系的基础,非晶状态下的硫系材料由于结构缺陷容易在外界光照或者温度的作用下发生弛豫现象,进而影响光子器件的稳定性,因此,研究物理及光学性质稳定的基质薄膜材料具有十分重要的意义。全文对Ge-Se-Te体系的玻璃及薄膜进行了系统研究,共分为五章。第一章简单介绍了硫系材料的特性以及玻璃和薄膜的制备方法,系统调研了国内外关于薄膜材料稳定性的研究进展,提出了Ge-Se-Te硫系材料体系的优势和全文的主要研究内容。第二章描述了玻璃制备中所用到的实验原料、仪器以及详细的玻璃制备流程,对玻璃的物理、机械、结构、光学等性能进行了表征。通过平均配位数(MCN)与原子极化率等理论对玻璃性质的变化进行了分析。第三章利用玻璃原料和热蒸发技术制备了Ge-Se-Te薄膜(MCN为2.20~2.54)。对沉积态薄膜的组分、厚度、光学性质、结构进行了测试与分析。研究发现,随着MCN的增大,光学带隙逐渐增大而折射率逐渐减小。同时对椭偏仪的原理和光学带隙计算方法进行了详细的介绍。第四章对各组薄膜进行了玻璃转变温度(Tg)以下20 oC处不同时长的热处理实验。通过对比分析热处理前后各组薄膜的折射率、光学带隙和厚度的综合变化率,发现MCN=2.40的薄膜(组分为Ge20Se8.5Te71.5)受热处理时间的影响最小,其经过30小时的热处理,折射率减小了0.5%,光学带隙增大了1%,厚度增大了2.5%。进一步利用拉曼光谱分析了热处理前后薄膜结构的变化。通过电阻-时间平台测试了非晶状态下电阻的变化情况,发现该组薄膜具有最好的电学稳定性。研究了薄膜非晶态到晶态的转变过程,发现薄膜析晶温度随MCN的增大而升高,通过分析X射线衍射和拉曼光谱,研究了薄膜内部结构的改变,并分析了结晶前后薄膜光学性质的变化。第五章总结了全文的主要工作并进行了展望。通过本论文的研究,完善了Ge-Se-Te体系玻璃及薄膜的组分、结构和光学性质之间的关联规律,筛选出了热稳定性最佳的薄膜组分,为未来光子器件的设计研究提供了重要理论参考。
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