Ag-Si 纳米薄膜的磁控溅射法制备及其光学性质研究.
掺杂纳米碳化硅薄膜的制备及光学特性研究的开题报告
掺杂纳米碳化硅薄膜的制备及光学特性研究的开题报告
一、研究背景
随着纳米技术的发展，其在多个领域都展现出了巨大的应用潜力，而掺杂纳米材料则是其中的研究热点之一。
纳米碳化硅是一种具有良好光学和力学性能的材料，具有很高的硬度和化学惰性，在一些领域中具有广泛的应用前景。
通过对其进行掺杂，可以进一步改变其电子结构，从而改善其光学性质，提高其应用性能。
二、研究目的
本研究旨在通过制备掺杂纳米碳化硅薄膜，探究其光学特性及其与掺杂元素的关系，为其在光学、电子学等领域的应用提供参考。
三、研究内容
本研究将从以下几个方面进行探究：
（1）纳米碳化硅薄膜的制备：采用化学气相沉积（CVD）技术制备纳米碳化硅薄膜，并探究其制备条件对薄膜结构和性质的影响。
（2）掺杂元素的选择：选择适宜的掺杂元素，如氮、硼等，并探究其不同掺杂浓度对纳米碳化硅的影响。
（3）光学特性的研究：通过紫外-可见吸收光谱、荧光光谱等方法研究掺杂纳米碳化硅的光学特性，探究掺杂元素对其光学性质的改变。
四、研究意义
随着信息时代的到来，对高性能材料的需求越来越高。
纳米碳化硅由于其良好的光学和力学性能，在光学、电子学等领域有着广泛应用前景。
而通过对其进行掺杂，则可以进一步改善其光学性能，提高其应用性能。
因此，本研究的意义在于，为纳米碳化硅的应用提供新的思路和方法，为其在信息技术领域等多个方面的应用提供可能性。
《AlxGa1-xN纳米材料的制备及其光学性能的研究》
《AlxGa1-xN纳米材料的制备及其光学性能的研究》一、引言随着纳米科技的飞速发展，AlxGa1-xN纳米材料因其独特的物理和化学性质，在光电子器件、半导体材料等领域展现出巨大的应用潜力。
AlxGa1-xN纳米材料因其组成元素铝和镓的比例可调，使其具有独特的光学和电学性能。
本文旨在探讨AlxGa1-xN 纳米材料的制备方法及其光学性能的研究。
二、AlxGa1-xN纳米材料的制备1. 制备方法AlxGa1-xN纳米材料的制备主要采用物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等方法。
其中，分子束外延（MBE）和金属有机化学气相沉积（MOCVD）是两种常用的制备技术。
本文采用MOCVD技术，通过调整铝镓比例，成功制备出AlxGa1-xN纳米材料。
2. 制备过程制备过程主要包括以下几个步骤：首先，准备好衬底和源材料；其次，将源材料蒸发并输送到反应室，在衬底上形成纳米结构；最后，进行退火处理，以提高材料的结晶质量和光学性能。
三、光学性能研究1. 吸收光谱通过测量AlxGa1-xN纳米材料的吸收光谱，可以了解其光学带隙和能级结构。
随着铝镓比例的改变，AlxGa1-xN纳米材料的吸收边发生红移或蓝移，表明其光学带隙可调。
此外，吸收光谱还显示出明显的量子限域效应。
2. 发光性能AlxGa1-xN纳米材料具有优异的光致发光性能。
通过测量其发光光谱和发光强度，可以评估其光学质量。
随着铝镓比例的调整，AlxGa1-xN纳米材料的发光颜色可从绿色变为蓝色甚至紫外光区域。
此外，其发光强度和半峰宽等参数也表现出良好的可调性。
四、结论本文采用MOCVD技术成功制备了AlxGa1-xN纳米材料，并对其光学性能进行了深入研究。
实验结果表明，AlxGa1-xN纳米材料具有可调的光学带隙、显著的量子限域效应以及优异的光致发光性能。
这些特性使得AlxGa1-xN纳米材料在光电子器件、半导体材料等领域具有广泛的应用前景。
五、展望未来，AlxGa1-xN纳米材料的研究将主要集中在以下几个方面：一是进一步优化制备工艺，提高材料的结晶质量和光学性能；二是研究AlxGa1-xN纳米材料在光电子器件中的应用，如发光二极管、激光器等；三是探索AlxGa1-xN纳米材料在其他领域的应用潜力，如生物医学、能源等领域。
磁薄膜的制备和磁学性质研究
磁薄膜的制备和磁学性质研究近年来，随着人类科技的不断进步，磁性材料的发展也越来越被重视。
而磁薄膜作为一种新兴的材料，在磁性领域中受到越来越多的关注。
这是因为，磁薄膜在一些领域展现出了独特的应用性能，例如，计算机硬盘上的读写头就是使用磁薄膜技术制成的。
那么，什么是磁薄膜呢？简单来说，磁薄膜是指薄而均匀的磁性膜，其厚度通常在纳米到微米级别之间。
同样，可以将磁薄膜分为反铁磁、铁磁和负渗透磁等类型。
反铁磁材料主要有Cr, Mn以及FeMn等合金，其磁矩垂直于薄膜面；铁磁材料则是指铁、镍等组成的合金，其磁矩平行于薄膜面；负渗透磁则是指一种特殊的铁磁性材料，如FeCuV首先形成一个满格非磁性化合物再加入一定的Co和Ni。
要制备磁薄膜，首先需要选定基板材料。
通常情况下，基板材料使用的是单晶硅、玻璃、石墨、高聚物等，而在这些基板上一般涂覆一层金属，如Cr、Mo、W、Ta、Ti等作为结构层。
然后在结构层上再涂覆一层功能材料，例如Fe、Ni、Co等。
制备磁薄膜有两种常用的方法：一种是物理气相沉积法（PVD），另一种是化学气相沉积法（CVD）。
在这两种方法中，PVD法被认为是制备磁薄膜的最佳方法。
因为PVD法可以制备高质量的磁薄膜，同时操作简单、易于控制。
而CVD法则依靠高温等条件来进行，对设备的耐受性要求比PVD法高，但因此其也有独特的优势。
除了制备方法，磁薄膜的磁学性质也是一个受关注的问题。
在磁薄膜中，磁学性质主要表现为磁各向异性、磁滞回线和剩磁等。
其中，磁各向异性是磁薄膜在不同方向上表现出不同的磁学性质；磁滞回线是指当外加磁场强度改变时，磁薄膜磁化强度的反应曲线；剩磁则是指材料在去磁场的条件下，磁化强度不为零，其大小则与外加磁场的强度有关。
针对磁薄膜磁学性质的研究，通常需要使用一些仪器和设备。
例如，磁滞回线的测量可以使用霍尔探针、SQUID和振幅磁力计等仪器；而磁各向异性则可以使用干涉仪等设备来检测。
总结来看，磁薄膜的制备和磁学性质研究是磁学领域中的重要课题之一。
纳米Ag夹层ZnO薄膜的光电性能
纳米Ag夹层ZnO薄膜的光电性能闫金良;孙学卿;曲崇;赵银女【摘要】用射频磁控溅射ZnO陶瓷靶、直流磁控溅射Ag靶的方法在室温下制备了Ag纳米夹层结构ZnO薄膜.用X射线衍射仪、紫外.可见分光光度计、四探针电阻测量仪和原子力显微镜对薄膜样品的结构、光学透过率、面电阻和表面形貌进行表征.结果表明,ZnO衬底有利于Ag夹层形成连续膜.随着Ag层厚度的增加,Ag 夹层ZnO薄膜呈现多晶结构,Ag(111)衍射峰强度增强,面电阻先迅速下降后缓慢下降.随着ZnO膜厚度的增加,Ag夹层ZnO薄膜的透射峰红移.制得样品的最佳可见光透过率高达92.3%,面电阻小于4.2Ω/□.【期刊名称】《纳米技术与精密工程》【年(卷),期】2010(008)001【总页数】4页(P12-15)【关键词】Ag夹层;ZnO薄膜;光学性能;电学性能【作者】闫金良;孙学卿;曲崇;赵银女【作者单位】鲁东大学物理与电子工程学院,烟台,264025;鲁东大学物理与电子工程学院,烟台,264025;鲁东大学物理与电子工程学院,烟台,264025;鲁东大学物理与电子工程学院,烟台,264025【正文语种】中文【中图分类】TN304.4氧化锌(ZnO)是一种宽带隙Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料，在室温下的直接光学带隙为3.37 eV.ZnO相对于ITO而言[1-2]，具有价格便宜、无毒、高化学稳定性和热稳定性等优点.作为一种重要的光电子信息材料，ZnO透明导电膜在发光器件、液晶显示器、非晶硅太阳能电池等领域具有广泛的应用前景.在ZnO薄膜中掺入Al、Ga等杂质[3-4]，可以有效地降低薄膜的电阻率，改善薄膜的性能.用不同方法制备掺杂ZnO透明导电膜已有比较多的研究.近年来，随着薄膜制备技术的进步，采用纳米夹层结构制备透明导电膜成为可能[5-6].考虑到Ag具有优良的导电性能，而且其带间跃迁始于4 eV附近，在可见光区具有相对较低的光吸收系数，将Ag膜作为ZnO膜中间的纳米夹层，不仅具有透明导电性能，而且可有效阻挡太阳热辐射，避免器件过热加速老化等问题.本文中用磁控溅射法在室温下制备出Ag纳米夹层结构ZnO薄膜，研究了Ag夹层ZnO薄膜的结构、光学性能和电学性能.1 实验Ag夹层ZnO薄膜是用JPG-450H型磁控溅射仪制备的.系统本底真空4×10-4 Pa，靶的直径为6 cm，靶到衬底的距离为5.5 cm.ZnO陶瓷靶和Ag靶的纯度为99.99%，溅射所用气体是纯度99.999%的氩气，衬底为载玻片，衬底温度为室温，溅射气体压力为1.0 Pa.用射频磁控溅射ZnO陶瓷靶制备ZnO薄膜，溅射频率为13.56 MHz，溅射功率为40 W；用直流磁控溅射Ag靶制备纳米Ag夹层膜，溅射功率为18 W.用旋转衬底的方法分别沉积ZnO薄膜和纳米Ag膜，制备Ag夹层ZnO薄膜.用Y-2000型X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)研究薄膜样品的结构, 薄膜的表面形貌用Multimode Nanoscope IIIA型原子力显微镜(AFM)观察，用TU-1901双光束紫外可见分光光度计测量薄膜样品的光学透过率，用SDY-4型四探针电阻测量仪测量薄膜方块电阻.2 结果和讨论2.1 结构分析图1为ZnO单层厚度60 nm、中间Ag夹层厚度不同时Ag夹层ZnO薄膜的XRD谱图.当Ag层的厚度为4.0 nm时，Ag(111)衍射峰尚未出现；当Ag层的厚度为8.5 nm时，Ag(111)衍射峰出现，随着Ag层厚度的增加，Ag(111)衍射峰的强度逐渐增加；继续增加Ag层厚度至20.0 nm时，Ag(200)衍射峰也随之出现.ZnO(002)衍射峰强度随Ag层厚度的增加逐渐增强，在11 nm时衍射强度达最大值，随后逐渐减小.可见Ag夹层ZnO薄膜呈现多晶结构.由谢乐公式[7]可知，晶粒的直径D= kλ/(βcosθ)，其中k取0.9，θ为衍射角，λ为X射线的波长，β为峰的半高宽.从XRD谱图可以看出，随着Ag层厚度的增加，Ag(111)半高宽度减小，中间Ag夹层的平均晶粒尺寸增大.当Ag夹层的厚度由11.0 nm增至20.0 nm时，Ag的晶格常数由0.409 96 nm增大到0.410 51 nm，与Ag粉末晶格常数标准值0.408 62 nm相比，Ag夹层的晶格常数均偏大.可以看出Ag夹层的晶格常数随着厚度的增加而增大.图1 Ag膜厚度不同时Ag夹层ZnO薄膜的XRD谱图图2为Ag膜的表面形貌，当沉积在玻璃上的Ag膜为4.0 nm时，表面凹凸不平，并出现许多孔洞；随着Ag膜厚度的增加，孔洞减少，表面逐渐平整.比较ZnO和玻璃衬底上的11.0 nm厚的Ag膜表面形貌可知，ZnO衬底有利于Ag膜形成连续膜，这是因为多晶衬底比非晶衬底有利于Ag膜形成晶状结构[8].2.2 光学性质图3为ZnO单层厚度60 nm、Ag夹层厚度不同时的Ag夹层ZnO薄膜的光透过率曲线.当Ag夹层厚度为11.0 nm时，Ag夹层ZnO薄膜在可见光区554 nm处的透过率高达92.3%.Ag夹层的厚度高于或低于11.0 nm时，透过率都有所下降.由于Ag夹层是以三维的岛状生长模式在ZnO膜上成长，Ag夹层的厚度为11.0nm时，Ag刚好形成连续膜，界面处的粗糙度减小，在可见光区的透过率提高.Ag 夹层的厚度低于11.0 nm时，还未形成连续结构，仍以岛状形式存在，界面处的粗糙度较大，入射光散射几率大.当Ag夹层的厚度为20.0 nm时，Ag膜的反射明显增强，透过率显著下降.图2 Ag膜的原子力显微镜照片图3 Ag膜厚度不同时Ag夹层ZnO薄膜的光学透过率曲线图4 ZnO膜厚度不同时Ag夹层ZnO薄膜的光学透过率曲线图4为Ag夹层厚度11.0 nm 、ZnO膜厚度不同时的Ag夹层ZnO薄膜的光透过率曲线.随着ZnO膜厚度的增加，Ag夹层ZnO薄膜的最大透过率先增加后减小，透射峰向长波方向移动.随着ZnO膜厚度的增加，薄膜的光学常数n、k发生变化.结合光学的有关知识，可知选择合适厚度的ZnO膜可使光线在Ag膜前后表面反射光振幅相等且反相，相互干涉而抵消，起到很好的增透效果.在近红外光区，随着ZnO膜厚度的增加，Ag夹层ZnO薄膜的光透过率增加.2.3 电学性质图5 面电阻随Ag夹层厚度的变化曲线图5为Ag夹层ZnO薄膜的面电阻随Ag夹层厚度的变化曲线，上层和下层ZnO 膜厚度为60 nm.Ag夹层的厚度从4.0 nm增加到11.0 nm时，Ag夹层ZnO薄膜的面电阻迅速下降，面电阻从32.5 Ω/□下降到4.2 Ω/□.继续增加Ag膜的厚度，面电阻减小越来越缓慢，当Ag膜的厚度为20.0 nm时，Ag夹层ZnO薄膜的面电阻为2.2 Ω/□.可以近似地认为Ag夹层ZnO薄膜的面电阻是由各层薄膜的面电阻并联而成，有如下公式：(1)式中：RZAZ为Ag夹层ZnO薄膜的面电阻；RAg为Ag膜的面电阻；RZnO为上层ZnO或下层ZnO的面电阻.由于室温下制备的纯ZnO膜的面电阻远大于Ag夹层的面电阻[9]，Ag夹层ZnO薄膜的面电阻主要取决于Ag夹层的面电阻.磁控溅射Ag膜是以岛状模式形成和成长的.随着膜厚的增加，由独立的晶核逐渐过渡到小岛阶段，经过小岛长大和岛的联并直至形成连续薄膜.在Ag膜的初期生长阶段，薄膜完全由孤立的小岛组成，膜为岛状结构，岛与岛之间电子的传导是通过基片进行的，其导电机制为热电子发射和激活隧道效应[10]，故面电阻很大，表现出非金属性质；随着膜厚的增加，小岛长大和岛联并形成网状结构薄膜，传导电子穿过优先导电通路而形成渗透电流，薄膜的面电阻随平均膜厚的增加而急剧减小，呈现出非金属-金属转变；当形成连续膜后，薄膜表现出金属特性，其面电阻随膜厚的增加而缓慢减小.因为当薄膜的厚度与其块材电子的平均自由程相近甚至比它小时，膜中的传导电子主要受到薄膜的表面和晶界的非弹性散射作用.对于很薄的连续薄膜，膜面很粗糙，晶粒较小，晶界较多，对传导电子的非弹性散射作用很强，此时电阻率相对较大；随着膜厚的增加，膜面变得相对平滑，晶粒逐渐长大，晶界相应减小，传导电子受到它们的非弹性散射作用相对减弱，电阻率相应减小.可见在不同Ag夹层厚度阶段，Ag夹层ZnO薄膜具有不同的导电特性.随着Ag夹层厚度增加，Ag夹层ZnO薄膜的面电阻经历了岛状膜的极大、网状膜的急剧减小和连续膜的缓慢减小.Ag夹层ZnO薄膜面电阻变化过程主要是由于Ag膜在不同生长阶段具有不同微结构所致.3 结语利用射频磁控溅射ZnO陶瓷靶、直流磁控溅射Ag靶的方法在室温下成功制备了Ag夹层ZnO薄膜.在Ag夹层ZnO薄膜中，ZnO衬底有利于Ag夹层形成连续膜.随着Ag夹层厚度增加，Ag夹层ZnO薄膜呈现多晶结构，Ag (111)衍射峰强度增强，ZnO (002)衍射峰强度先增强，在11 nm时衍射强度达最大值，后逐渐减小.面电阻随Ag夹层厚度增加先急剧减小后缓慢减小.随着ZnO膜厚度的增加，Ag夹层ZnO薄膜的光透射峰红移.Ag夹层ZnO薄膜面电阻的变化主要是由于Ag膜在不同生长阶段具有不同的微结构所致.制得Ag夹层ZnO薄膜的最佳可见光透过率高达92.3%,面电阻小于4.2 Ω/□.【相关文献】[1] Betz U, Olsson M K, Marthy J, et al. 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磁控溅射氧化钛薄膜的光学性能
射率和厚度等光学参数 ． 结果表明 ： 氧化钛纳米薄膜呈非晶态 ， 其折射率和 消光 系数随波长的变化而变化 ， 薄膜的透 射率测量 结果 和理 论计算结果在 ３ ５ ０ ８ ０ ０ ｎ ｍ光 波范围 内吻合 良好． 由于氧化钛 薄膜的折射 率高且在可见光 波段 吸
收 小、 呈透 明状 ， 是 用来构成 一维光子 晶体 的理 想组分 ，有关其光学性能的基础研 究对光子 晶体 的结构设计及 其器
Ｖ０ １ ． ３ ３ Ｎｏ ． １
２ ０ １ ３年 １ 月
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ３
文章编 号 ： １ ６ ７ １ — １ １ １ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ５ ５ — ０ ４
磁控溅 射氧化钛薄膜 பைடு நூலகம்光学性能
程
摘
芳， 黄 美东， 王丽格 ， 杜
姗， 唐 晓红 ， 刘春伟
（ 天津 师范大学 物理与 电子信息学院 ，天津 ３ ０ ０ ３ ８ ７ ） 要 ：常 温 下 ，通 过反 应 磁 控 溅 射 法 在 Ｋ ９双 面抛 光玻 璃 基 底 上 制 备 氧 化 钛 薄 膜 ． 采 用 ｘ 线 衍射 （ ｘ— ｒ ａ ｖ
Ｄ ｉ ｆ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｘ Ｒ Ｄ） 、光栅光谱仪和椭偏仪 对氧化钛 薄膜样品的结构和光 学性 能进行 测试 ，并拟合 分析得到 薄膜 的折
件 的 开发 应 用 具有 积极 的 意 义．
关键 词 ： 氧化钛薄膜 ； 磁控溅射 ； 透射 率；折射率 ； 光 学陛能 ；消光 系数 ；晶体结构
中图分类号 ： ０ ４ ３ ４ ． １ ３ ； ０ ４ ８ ４ ． ４ １ 文献标 志码 ：Ａ
Ｏｐｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｐｒ ｏ ｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｉ ｔ ａ ｎｉ ｕ ｍ ｏ ｘ ｉ ｄｅ ｉｌ ｆ ｍ ｂｙ ｍａ ｇ ｎｅ ｔ ｒ ｏ ｎ ｓ ｐ ｕｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
射频磁控溅射硅薄膜的制备与结构研究
第37卷第3期2009年3月化 工 新 型 材 料N EW CH EMICAL MA TERIAL S Vol 137No 13・69・基金项目:中国地质大学(北京)大学生创新性实验计划项目专项基金资助作者简介:袁珂(1987-),男,本科,无机非金属材料专业。
联系人:郝会颖,女,博士,副教授,硕士生导师,从事硅基薄膜太阳能电池研究。
射频磁控溅射硅薄膜的制备与结构研究袁 珂1 郝会颖13 黄 强2 张鸿儒1(11中国地质大学(北京)材料科学与工程学院,北京100083;21中国地质大学(北京)信息工程学院,北京100083)摘 要 采用拉曼光谱、光学显微镜、透射电镜研究了不同衬底温度、腔体气压对射频磁控溅射法制备的不含氢硅薄膜相结构和形貌的影响。
结果表明430℃时薄膜中出现微晶相,平均晶粒尺寸218nm 。
腔体内杂质及衬底表面的显微缺陷会诱发薄膜针孔、凹坑等缺陷的产生。
低温、高压会导致薄膜中空洞缺陷的密集。
关键词 射频磁控溅射,硅薄膜,拉曼光谱,针孔缺陷F abrication and structure research of silicon f ilms prepared byRF magnetron sputteringYuan Ke 1 Hao Huiying 1 Huang Qiang 2 Zhang Hongru 1(11School of Material Science and Technology China University of Geo science ,Beijing 100083;21School of Information Engineering China University of Geosaence ,Beijing 100083)Abstract The effects of different substrate temperature ,chamber pressure on the phase structure ,morphology ofundoped silicon films deposited by radiof requency (RF )magnetron sputtering were examined by Raman spectrum ,optical microscope and transmission electron microscope.The measurements suggested that the microcrystalline phase was ob 2served at 430℃,with the mean crystalline size of 218nm.The pinhole ,pit defects of films can be induced by the impurities of the chamber and the surface micro 2defects of the substrate.The dense distribution of the voids in the film resulted f rom low substrate temperature and high chamber pressure.K ey w ords RF magnetron sputtering ,silicon film ,Raman spectrum ,pinhole defects 硅薄膜被视为新型硅基薄膜太阳能电池的核心材料。
中空二氧化硅纳米粒子制备减反射薄膜的研究的开题报告
中空二氧化硅纳米粒子制备减反射薄膜的研究的开题报告题目：中空二氧化硅纳米粒子制备减反射薄膜的研究一、研究背景和意义减反射膜广泛应用于太阳能电池板、显示器、眼镜镜片等领域，可显著提高光学器件的透光率和视觉清晰度。
目前常用的减反射膜材料包括氧化镁、氧化钛、氧化硅等，但这些材料的制备成本高、工艺复杂，且在一定波长范围内的减反射效果有限。
近年来，中空二氧化硅纳米粒子因其调控光学性能的特点，在减反射薄膜领域受到了广泛关注。
中空二氧化硅纳米粒子具有低密度、高孔容、高比表面积等优势，可有效增强光与材料之间的相互作用，从而实现更好的减反射效果。
因此，以中空二氧化硅纳米粒子为原料制备减反射薄膜具有巨大的应用潜力。
本研究旨在探究中空二氧化硅纳米粒子制备减反射薄膜的技术路线，优化工艺参数，提高减反射效果和制备效率，进而提高中空二氧化硅纳米粒子在光学器件中的应用价值。
二、研究内容和方法1. 中空二氧化硅纳米粒子制备技术研究：采用溶胶-凝胶法制备中空二氧化硅纳米粒子，探究反应条件对粒子形貌和大小的影响。
2. 减反射薄膜制备研究：以中空二氧化硅纳米粒子为原料，通过自组装过程制备减反射薄膜，研究不同工艺参数对减反射效果的影响。
3. 光学性能测试分析：采用紫外-可见光谱仪、扫描电子显微镜等仪器测试减反射薄膜的光学性能和表面形貌，评估减反射效果和制备质量。
三、预期成果1. 中空二氧化硅纳米粒子的制备工艺优化方案，为制备高性能减反射薄膜提供技术支持。
2. 减反射薄膜制备成果，包括制备工艺、薄膜性能测试和表征结果等，初步探究中空二氧化硅纳米粒子在减反射薄膜中的应用前景及优越性。
四、研究进度安排时间节点 | 研究任务2021.10-2021.12 | 1. 中空二氧化硅纳米粒子制备技术研究2022.01-2022.03 | 2. 减反射薄膜制备研究2022.04-2022.06 | 3. 光学性能测试分析2022.07-2022.09 | 撰写研究论文，准备答辩五、参考文献1. Fu, Q., & Jiang, P. (2011). Colloidal crystals with tunable colors and their use as photonic papers. Angewandte Chemie International Edition, 50(48), 11364-11380.2. Kim, J. H., Lee, S. S., & Kim, Y. J. (2019). Synthesis and tribological characteristics of silicon-doped TiO2 nanocomposite coatings for corrosion protection and friction reduction. Applied Surface Science, 476, 405-413.3. Wang, Y., Wu, X., Wang, J., & Zhou, D. (2020). Preparation of Zinc Oxide Coated on Polyimide Film by Chemical Bath Deposition Method. Journal of Materials Science and Chemical Engineering, 8(01), 36-44.4. Yoon, H. K., Lee, W., & Lee, H. (2020). Tuning Plasmon Resonances of Colloidal Silica Nanoparticle Monolayers by Polymer-Coating-Induced Surface Roughness. ACS Applied Materials & Interfaces, 12(24), 27160-27169.。
基于磁控溅射技术的氮化硅薄膜制备及其应用
基于磁控溅射技术的氮化硅薄膜制备及其应用氮化硅薄膜是一种重要的功能性薄膜，广泛应用于光电器件、微电子、电子陶瓷、生物传感等领域。
传统的氮化硅薄膜制备方法包括热氧化法、热CVD法、PECVD法等，但这些方法有着成本高、制备时间长、膜质量难以控制等缺点。
因此，基于磁控溅射技术的氮化硅薄膜制备方法逐渐成为研究热点。
磁控溅射技术是一种利用磁场控制离子轨迹并加速的物理气相沉积技术，具有制备高质量、高纯度薄膜的优势。
在氮化硅薄膜的制备中，该技术更能实现薄膜的高效制备和优质控制。
制备氮化硅薄膜的过程主要包括以下几个步骤：1.准备薄膜沉积用的材料：通常采用Si3N4靶材。
2.加入惰性气体和反应气体：惰性气体如氩气，用于激发靶材表面的原子或离子；反应气体如氮气，与激发后的原子或离子进行反应生成氮化硅薄膜。
3.加入磁场：用磁场控制离子轨迹并加速，获得稳定的离子束，使其准确进入反应区域沉积。
4.进行沉积：将靶材置于真空室中，施加高压，通过加电流使靶材表面发射原子或离子形成靶材等离子体，然后经过离子加速器进行加速，最后被氮气还原成氮化硅薄膜。
基于磁控溅射技术制备的氮化硅薄膜具有许多优异的性能，如高致密性、低介电常数、高硬度、高化学稳定性和很好的耐磨性，可以应用于光学滤波、隔热、防辐射、生物传感器等众多领域。
例如，在光电器件中，氮化硅薄膜可以作为高折射率膜应用于光纤接口和光波导上，同时还可以用于制备高压活块、高压平板等光电器件的绝缘层；在微电子领域，氮化硅薄膜可以作为微电机的防臭层、触控屏的ITO透明导电层应用；在生物传感领域，氮化硅薄膜可以作为生物传感器的酶膜、电极材料或其他生物探测层。
当然，随着技术的不断发展，基于磁控溅射技术的氮化硅薄膜制备方法也在不断优化中。
例如，利用微波辅助的磁控溅射方法，可以提高沉积速率和薄膜品质；利用双阴极磁控溅射方法，则可以有效减少沉积过程中的电子温度和能量，使薄膜结构更加致密和均匀。
综上所述，基于磁控溅射技术的氮化硅薄膜制备技术具有制备高质量、高纯度薄膜的优势，具有广泛的应用前景，值得进一步的研究和应用。
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Ag-Si纳米薄膜的磁控溅射法制备及其光学性质研究信息科学与工程学院王光中冯文赫指导教师李晶摘要：信息时代的今天，人们在追求大容量硬盘的同时对记录密度提出了更高的要求。
本文通过对Ag-Si纳米薄膜的磁控溅射法制备出在宽光谱（420nm-620nm）范围内对温度具有选择透过性的薄膜，可以有效的应用在激光热辅助磁记录中减小光斑尺寸，增加磁记录密度。
关键词:Ag-Si纳米薄膜热辅助磁记录磁控溅射Abstract: Nowadays, the increasing need in data storage has pushed the hard disk drive(HDD) into a rapid increase in areal density. In this paper we make an Ag-Si nanofilm through magnetic controlled sputtering (MCS), which is temperature-select transparent under wide spectrum (420nm-600nm).It can be applied in heat-assisted magnetic recording (HAMR) to reduce the radius of the laser facula and increase the density of HDD.Keywords: Ag-Si nanofilm HAMR MCS引言20世纪末以来，随着纳米科技的迅速发展，越来越多的纳米材料及技术已在人们的实际工作和生活中得到应用。
纳米材料是指特征维度尺寸在1～100纳米范围内的由极细晶粒组成的一类固体材料,包括晶态、非晶态和准晶态的金属、陶瓷和复合材料等,是80年代中期发展起来的一种新型多功能材料。
由于纳米结构的单元尺度(1～100nm)与物质的许多特征长度,如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当,从而导致纳米材料和纳米结构在介观领域具有奇特的力学、电学、磁学、光学、热学及化学等方面的性能, 我国科学家钱学森曾指出:“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科学技术发展的重点,会是一次技术革命,从而将引起21世纪又一次产业革命。
”1而世界各国也在积极而广泛地开展纳米技术的研究工作. 如今,纳米材料正在向国民经济和高技术各个领域渗透,并将为人类社会进步带来巨大影响。
纳米材料的研究主要有三个方向: 一是对纳米晶体的研究,以80年代初德国科学家H·Gleiter2提出纳米晶体材料的概念, 并采用人工方法首次合成纳米晶体为标志,即在实验室探索各种方法,技术制备各种材料的纳米颗粒粉体,合成块体,对材料的特殊性能进行探索;二是对纳米结构的研究,即以纳米颗粒、纳米丝、纳米管为基本单元在空间组装排列成具有纳米结构的体系,以1991年日本的Iijima 等3对碳纳米管的发现为代表;三是对纳米复合材料的研究,即利用纳米材料的物理、化学、力学性能设计纳米复合材料,如纳米微粒与纳米微粒复合、纳米微粒与常规块体复合或发展复合纳米薄膜,目前世界范围内该领域开展较为广泛.纳米薄膜按用途可以分为两大类：纳米功能薄膜和纳米结构薄膜。
前者主要是利用纳米粒子所具有的光、电、磁方面的特性,通过复合使新材料具有基体所不具备的特殊功能。
后者主要是通过纳米粒子复合,提高材料在机械方面的性能。
纳米材料由于其产生的量子尺寸效应、表面与界面效应,具备了常规材料所不具备的奇异光学性能：（1）宽频带强吸收 (2) 蓝移和宽化 (3)光的非线性效应（4）量子效应由于以上的一系列性质，纳米薄膜在许多领域内都有着广泛的应用前景。
值得一提的是，基于近场光学突破衍射极限的原理，在激光与纳米薄膜结构相互作用的过程中，通过表面等离子体激发、非线性光学特性、超透镜效应等可以实现超分辨率超高记录密度的纳米存储，有望形成下一代太位级(Tb)纳米光存储器件的基础。
纳米微结构的特殊光学性质研究是纳米材料和量子器件研究的核心和1 钱学森. 钱学森文集. 科学出版社,19912 Birriiner R.,Gleiter H.,et al.[J].Phys.Lett.,1984,102A:365.3 Iijima S, Ichihashi T. Nature, 1993, 363: 603热点，有广阔的应用前景。
特别是外场联合作用下的纳米存储技术(如光磁混合存储，光电混合存储等)将为超分辨纳米薄膜结构的应用开辟新的领域。
4金属/非金属介质纳米复合物的光学和介电特性与其微细结构密切相关,这方面已经进行了大量的理论和实验研究,归纳出四类不同微结构模型,并提出了与之相适应的有效介质理论:(1)弥散微结构与Maxwell Garnett(MG)理论5 (2)对称微结构与Bruggeman自洽理论6 (3)粒状金属微结构与沈平理论7 (4)级联微结构与微分有效媒质(DEM)理论8。
本文所研制的Ag-Si纳米薄膜属于贵金属-半导体薄膜，贵金属纳米材料作为纳米材料的重要组成部分，具有自己独特的性能:已发现1～10nm贵金属纳米材料具有新的电子及催化性能.将贵金属纳米颗粒镶嵌在不同的基底中得到的纳米薄膜具有与体相材料不同的光电特性,从而在微光电器件的研发领域表现出了诱人的应用前景。
例如, Brust等9利用自组装方法将直径为6nm的Au颗粒沉积在玻璃基底上, 并发现该薄膜的光学、电学响应具有非金属特性。
Koshizaki等10用磁共振溅射技术成功地制备了Au/SiO2复合纳米薄膜,在绝缘SiO基质中金纳米粒子的数密度高达14000μm-2,相邻粒子间的2平均距离约为8nm,该薄膜中SiO2的绝缘性质和单分散的Au纳米粒子导电性质的结合,在将共轭有机分子固定到该薄膜上之后,其电流增加约105倍。
这一结果为该复合贵金属膜用于分子电导测定奠定了实验基础,也为分子电导的测定开辟了一条新的路径。
Lin等11采用磁控溅射方法在p—Si(111)衬底上淀积5nm的Pt 膜，退火后形成PtSi薄膜，原子力显微镜和高分辨电子显微镜观察了PtSi薄膜的表面和界面特征．PtSi／p—Si肖特基势垒红外探测器制备工艺简单、响应均匀性好并且与大规模集成电路高度兼容，在长线阵和大面阵中迅速发展. 丁春志等12对Varian 3180磁控溅射台溅射的Al一Sil%合金膜进行检测，达到了工业生产要求.4 翟凤潇,王阳,吴谊群,干福熹.纳米光存储薄膜结构的光学性质[J].光学材料,2007,V ol.44, No.125 P.Sheng, Phys. Rev. Lett., 45(1980),60.J. C. Maxwell Carnett,6 Phil.Trans.Roy.Soc.London,A203(1904),385.7 D. A. G. Bruggeman, Ann. Phys. (Leipzig), 24(1935), 636.8 A.N.Norris,A.T.Callegari,P.Sheng,J.Mech.Phys.Solids,33(1985),525.Brust M, Bethell D , Kiely C J , Schiffrin D J . Langmuir, 1998 , 14 : 5425.9 Brust M, Bethell D , Kiely C J , Schiffrin D J . Langmuir, 1998 , 14 : 5425.10 D G Kim,Y Shimizu ,T Sasaki et al . Nanotech. ,2007 ,18 : 1457031D. G. Kim,E Koyama ,Y. Kikkawa et al . Nanotech. ,2007 ,18 : 205501111 T. L. Lin，J. S. Park，T. George，et a1．Long-wavelength PtSi infrared detectors fabricated by incorporating a p+ doping spike grown by molecular beam epitaxy．Appl Phys Lett，199312 丁春志，董岩，磁控溅射铝硅合金膜的工艺研究，微处理机，1998第二期长期以来,银粒子由于其优良的光学性质及其应用而受到人们的关注.在所有的金属材料中,Ag对可见光和红外光的反射比最高(对可见光的反射比达0.95左右,对红外光的反射比可达0.99),且其偏振效应最小.因此,Ag是可见光和近红外光区的重要光学材料.Wang等13研究了镶嵌有Ag微粒BaTiO3薄膜的光学特性,并在实验中发现基底结构会对Ag粒子的吸收光谱产生很大影响。
Lee等14在在镀C 的Cu网、单晶Si及玻璃基底上沉积了2~10nm的纳米Ag颗粒，并对粒子的尺寸、形状、复合介电常数和填充因子等影响纳米Ag颗粒光学特性的因素进行了研究。
发现特征等离子体吸收峰的峰位置随着膜厚、颗粒粒径和颗粒填充因子的增大而向长波方向移动。
分析后认为对纳米Ag颗粒复合介电常数起决定作用的是基底。
Prevel等15将Au,Ag等贵金属纳米颗粒沉积在多孔铝基底上得到纳米结构薄膜,并在其吸收光谱中观察到表面等离子体共振峰随颗粒尺寸的增大而红移。
Yang等16利用溅射法将Ag微粒沉积在SiO2基底中得到复合纳米薄膜,发现其等离子体共振吸收峰随着Ag颗粒直径的减小而减弱并蓝移,并利用Mie氏理论进行了数值模拟。
Charton等17利用磁控管溅射法制备了Ag纳米薄膜,并研究了溅射压力等实验因素对薄膜光学特性的影响。
Pedersen等18在Si基底上制备了Au,Ag纳米薄膜,并研究了其二阶非线性光学效应。
1992年Motofumi19等利用真空蒸发技术制备了Ag-SiO2复合结构膜，纳米Ag颗粒（粒径在2~30nm之间）镶嵌在柱状的SiO2薄膜中。
研究发现，Ag-SiO2复合结构膜出现了特征等离子体共振吸收峰。
膜的透过率与入射光的入射角和极化密切相关，这种选择透过性是目前的研究热点之一。
而Ag/玻璃纳米复合膜，可用于光开关器件中.1993年，Georges20等用胶体方法在Ge基底上制备了纳米Ag颗粒（颗粒直径为10~22nm），并对Ag/Ge的介电常数进行了计算和讨论。
Hodel21等在1996年利用扫描隧道显13 Wang B , Zhang L D. Applied Surface Science, 1998, 133 : 152.14 LEE M H,Dobson P J,Cantor B.Optical properties of evaporated small silver particles[J].Thin SolidFilms,199215 Prevel B , Lerme J , Gaudry M , Cottancin E , Pellarin M , Treilleux M , Melinon P , Perez A , Vialle J L , Broyer M. Scripta Mater., 2001 , 44 :1235.16 Yang L , Liu Y L , Wang Q M , Shi H Z , Li G H , Zhang L D. Microelectronic Engineering , 2003 , 66 : 192.17 Charton C , Fahland M. Surface and Coatings Technology , 2003 , 1742175 : 181.18 Pedersen T G, Pedersen K, Kristensen T B. Thin Solid Films , 2000 , 364 : 86.19 Motofumu S,Yasunori T.Anisotropy in the optical absorption of Ag-SiO2 thin films with oblique columnar structures[J].J Appl Phys,199220 Ashrit P V,Georges B,Simona B,et al.Dielectric constants of silver particles finely dispersed in a gelatinfilm[J].J Appl Phys,199321 Hodel U,Memment U,Hartmann V.Local modification of Ag thin films on Si(100) by scanning tunneling microscopy[J].Phys Rev B,1996微镜成功地对沉积在Si（100）表面上的纳米Ag膜进行了局部改性和加工。