论文部分内容阅读
本文利用椭圆偏振光谱技术并辅助其它测量手段，对氧化银、氮化镓和氮化碳三种光学薄膜的结构、光学和光致发光性质作了深入研究，并用宏观物理模型对实验结果进行了分析和解释。还利用实验室研制的磁光克尔系统对Ag（3nm）／TbFeCo（50nm）双层膜在短波长区的磁光克尔增强效应进行了测量和分析。主要内容如下： 1．利用德国Ley-bold公司的LAB600-SP磁控溅射系统，采用反应溅射的方法，在不同氧分压比Po（O2／（O2+Ar））条件下制备了一系列的AgxO薄膜样品。所有样品均在真空中进行退火处理，并在真空中自然冷却至室温。利用X射线衍射谱（XRD）、X射线光电子谱（XPS）、和椭圆偏振光谱（SE）对退火前后所有AgxO样品进行了分析。通过对不同氧分压比（Po=0.2，0.3，0.4，0.5，0.57，0.67）条件下制备的AgxO样品的光学常数（λ=632.8nm）进行研究，发现其折射率和消光系数随Po的增大而逐渐单调变化。当Po在0.5-0.6区间时，其折射率和消光系数随Po变化不明显。此区间的光学常数与Schmid等人报道的同波长下的Ag2O的光学常数值（n=2.5，K=0.11）略有差异，这是因为制备的AgxO中除了主要成分Ag2O外，还残留有少量的Ag和AgO的缘故。此结论被随后的XRD和XPS测量所证实。氧分压比Po位于0.5-0.6区间条件下制备的AgxO适合在光和磁光存储器件中应用。一方面在此区间AgxO的折射率和消光系数随Po变化不明显，另一方面包含AgxO层的新型磁光盘可获得大的信噪比（SNR），此结论已被Kim等人在新型磁光盘试验中证实。 根据退火前后样品结构的变化，所有as-dep的AgxO样品基本上可划分为两类。氧分压比Po小于0.4条件下制备的AgxO样品经过高温退火后，晶体结构由无定形变为（Ag+Ag2O）的多晶结构，其中主要成分为Ag；氧分压比Po大于0.4条件下制备的AgxO样品经高温退火后呈现了Ag2O的多晶结构。借助两组具有代表性的AgxO样品（Po=0.3和0.57）退火前后的XRD和XPS的测量结果，证实所有as-dep的AgxO样品基本为无定形结构，并且AgO和Ag2O共存；退火过程中AgxO会发生热分解，AgO和Ag2O热分解的临界温度分别约为200℃和300℃，这与相关文献报道的结果大致符合。但两组样品经过与相关文献报道的同样退火处理后，并未如相关文献所报道的那样呈现了纯银的多晶结构，而是分别呈现了（Ag+Ag2O）和Ag2O的多晶结构。实验结果的不同可以通过制备条件的差异，导论文摘要致制备的Ag‘O样品的致密度不同得到合理解释。 2.利用LPMOCVD多步生长工艺在晶向（0001）的蓝宝石（A1203）衬底上制备了厚度为1.5士0.5声m的高质量GaN薄膜样品。在GaN/A12O3样品的XRD谱中出现了两个尖锐的衍射峰。它们分别对应于（0002）和（0004）纤锌矿（wurtzite）结构的GaN衍射峰，其中（0002）GaN衍射峰的半宽高（FWHM）只有0.1。。如此小的半高宽和高阶（0004） GaN衍射峰的出现证实了LPMOCVD制备的GaN薄膜样品具有与晶体比拟的高质量。在GaN/A120。的介电函数谱和反射谱中，在光学带隙E。（3 .44eV）以下出现了很强的干涉峰。当光子能量大于光学带隙E。时干涉峰消失，薄膜不再透明。GaN层的介电函数通过多层膜模型并借助所测得的GaN/A 1203的椭偏参数拟合得到，所拟合的光学带隙E。（3 .44eV）与相关文献报道的结果一致。在GaN/A12O。低温下的光致发光谱（PL）中，很明显观察到PL峰的红移，这说明随着测量温度的提高，GaN的光学带隙E。变小。然而实验中GaN的PL峰的红移并不能用典型的半导体E。（T）公式加以解释，这可归因于GaN带尾态的参与。与其它相关文献报道的结果相比，在我们的低温PL谱中，只在3.471eV能量出观察到一个施主束缚激子峰，这个峰在近期文献中被归结于中性Si施主原子周围束缚的施主束缚激子。而受主激子峰和自由激子峰未被观测到的原因可归结于GaN样品中的位错和缺陷。它们所形成的应力场使谱线得到了加宽。PL峰的强度随温度的升高而变小可通过非辐射复合过程的增强而得到合理解释。 3.采用电子回旋共振（ECR）辅助脉冲激光烧蚀的方法在单面抛光的（1 00）单晶硅片上制备了厚度约为1尸m的CNx薄膜。XRD显示as一dep的CN、薄膜为无定型结构，但样品中存在微量的多晶颗粒。拉曼散射谱表明所制备的CN:样品主要由C=N、少量C一C和微量的C三N组成。随着退火温度的升高，拉曼散射谱不仅在1357cm一‘频移附近出现了一个新峰（此新峰对应无序的C一N键），而且C=N和C一N的相对含量比随着退火温度的提高大致呈先减小，然后增大，再减小的趋势，从而证实在退火过程中部分N原子发生了迁移或者以NZ的形式从样品表面逃溢。椭圆偏振光谱仪所得到的CN:薄膜的光学常数谱表明退火温度对光学常数值的大小和谱线的形状均产生了显著影响。结合拉曼散射谱所得到的研究结果可认为这是因为退火改变了CN、薄膜样品的内部结构和键结构的缘故。实验中得到的光学常数谱随光子能量变化的关系可用洛伦兹色散理论得到解释。 4.利用德国Ley一bold公司的LAB600一SP磁控溅射系统在K9玻璃上制备了Ag（3nm）/ TbFeCo（SOnm）双层膜样品。在这种双层膜结构中，Ag不仅可防止TbFeCo膜的氧化，而且诱导了短波长区的磁光克尔效应的增强。与Ag相比，A