(1-x)TiO_2-xTa_2O_5薄膜的光学性能研究

TiO2-Ta2O5薄膜是较新颖的光学薄膜,由均匀混合的两种化合物薄膜材料作为膜料研制而成,本文采用离子辅助蒸发的方法,以不同配比的Ta2O5和TiO2混合物为初始膜料在K9玻璃上制备了TiO2-Ta2O5混合薄膜,并对其光学性能进行研究.实验结果表明,TiO2-Ta2O5薄膜在可见光范围内有较高的透射率,消光系数在10-3～10-4数量级,折射率在1.80～2.07范围内变化(550nm),是理想的光学镀膜材料.随着Ta2O5含量从0增加到20%,光学带隙从3.266eV单调增加到3.417eV,并用Kayanuma提出的模型解释了透射谱中吸收边的漂移现象.     

离子辅助蒸发(1-x)TiO2-(x)Ta2O5薄膜及其光学性能研究

采用离子辅助蒸发的方法，以不同配比的Ta2O5和TiO2混合物为初始膜料在K9玻璃上制备了TiO2-Ta2O5混合薄膜，并对其透射性能和光学常数进行研究。实验结果表明，薄膜在可见光范围内的平均透射率在82％以上，并随着Ta2O5含量的增加而增加；薄膜的折射率在1．80～2．07范围内变化（550nm）。对同-Ta2O5含量的薄膜来说，退火后TiO2薄膜和80TiO2—20Ta2O5薄膜的折射率较退火前提高，而90TiO2-10Ta2O5薄膜的折射率较退火前降低。     

稀土Ce2O3掺杂TiO2薄膜的结构和光学特性

采用真空热蒸发法在玻璃、单晶硅衬底上制备Ce2O3掺杂TiO2薄膜，研究热处理和Ce2O3掺杂对薄膜性能的影响。结果显示，热处理可明显改善薄膜的结构和光学性能，Ce2O3掺杂可降低薄膜晶型转化温度。TiO2薄膜（玻璃衬底）经600℃热处理由锐钛矿转为金红石结构；当掺Ce2O3含量为5at％时热处理温度为500℃薄膜就已开始发生晶型转变。薄膜表面颗粒较均匀，存在程度不同的孔洞和颗粒聚集现象；掺Ce2O3后薄膜表面致密度明显增强。薄膜（玻璃衬底）的光学带隙从3．74eV降至3．60eV。     

V2O5薄膜结构和性能研究

在常温下,用脉冲磁控溅射方法石英玻璃和硅片上制备了薄膜,经过450℃退火,得到V2O5薄膜.用XRD、XPS和AFM对薄膜微观结构进行了测试,用分光光度计测量从200～2500nm波段V2O5薄膜的透射和反射光谱.结果表明,V2O5薄膜纯度高、相结构单一、结晶度好.室温到320℃范围内电阻变化2个量级,薄膜的光学能隙为2.46eV,与V2O5体材料性能一致.     

退火温度对透明导电Ga_2O_3/ITO周期多层膜性能的影响

用射频磁控溅射Ga2O3陶瓷靶材和直流磁控溅射ITO靶材在石英玻璃衬底制备Ga2O3/ITO周期多层膜。样品在300~800℃真空退火1小时,研究退火温度对薄膜光学和电学性能的影响。400℃退火的Ga2O3/ITO周期多层膜面电阻和电阻率低至68.76Ω/□和3.47×10-3Ω·cm,载流子浓度和霍尔迁移率高达1.30×1020cm-3和14.02cm2 V-1s-1。退火温度超过500℃后,Ga2O3膜层和ITO膜层之间开始相互扩散,薄膜结晶质量和导电性变差。所有退火薄膜在紫外-可见光范围的平均光学透过率高于83%,光学带边吸收随退火温度增加发生蓝移,光学带隙从4.59eV增加到4.78eV。     

离子束辅助反应电子束蒸发TiO2薄膜的结构和光学性能

TiO2具有较高的折射率和介电常数,在光学和电子学方面有着广泛的应用。本论文采用离子束辅助反应电子束真空蒸镀法,以Ti为膜料,纯度为99．99％的O2为反应气体,通过电子束蒸发,在玻璃衬底上反应生成TiO2薄膜。使用XRD、SEM分别对50℃、150℃、300℃三个不同衬底温度下沉积的薄膜及其经过450℃真空退火1h后的结构进行了分析,对薄膜的折射率、透射率进行了测量。结果表明,与传统的电子束蒸发相比,离子束辅助电子束蒸发可以增加成膜原子的能量,使沉积的薄膜结构致密,所制备的薄膜具有较高的折射率,并且薄膜在可见光范围内具有良好的透过性能。     

V2O5薄膜的结构和光电性能研究

在O2／Ar混合气氛中，用脉冲磁控溅射金属V靶沉积出非晶的V2O5薄膜。对所沉积的薄膜进行450℃退火。利用X射线衍射、原子力显微镜、分光光度计和电阻测量等手段对薄膜的结构和性能进行了分析，从200nm-2500nm光谱的透射和反射测量结果，计算出薄膜的吸收系数。结果表明，V2O5薄膜纯度高，结晶好，高低温电阻变化2个量级。光学能隙为2．46eV。     

阳极氧化法制备Ta2O5绝缘膜及性能研究

采用阳极氧化法在纯Ta表面制备绝缘性优良的Ta2O5介质膜,分析阳极氧化制备Ta2O5膜的基本机理,讨论不同电解液、阳极氧化电压及热处理等工艺参数对Ta2O5膜性能的影响.利用XRD、EDS和AFM分析薄膜的组织结构和表面形貌,超高阻微电流测试仪测试Ta2O5绝缘膜漏电流特性和耐击穿电压,结果表明,磷酸电解液中添加适当乙二醇溶液能有效地防止"晶化",阳极氧化电压在125～150V范围内制备Ta2O5绝缘膜耐击穿电压能力强,经350℃/60min大气气氛下热处理Ta2O5薄膜,内部结构致密,能有效提高Ta2O5绝缘膜耐击穿电压.     

纳米La2O3／TiO2复合薄膜的制备及光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法在陶瓷基体上制备了纳米La2O3／TiO2复合薄膜。利用XRD研究了La2O3不同复合量对纳米TiO2晶型转化的影响，利用SEM研究了Al2O3底膜对La2O3／TiO2复合薄膜形貌的影响，利用亚甲基兰溶液紫外光降解实验研究了La2O3／TiO2复合薄膜的光催化性能．结果表明：复合0．5％（物质的量）La2O3的TiO2干凝胶经850℃煅烧后仍为锐钛矿（64％（质量分数））占主导的混晶结构，平均粒径在10nm左右；当Al2O3底膜和La2O3／TiO2复合薄膜的厚度分别为4层和3层时，经850℃煅烧后，复合薄膜致密且无微裂纹出现，而且具有佳的光催化性能．     

Sb掺杂Sn_2S_3薄膜的制备及光学特性

真空蒸发制备Sb掺杂Sn2S3多晶薄膜(玻璃衬底),研究不同比例Sb掺杂对Sn2S3薄膜的结构、表面形貌、化学组分及光学特性的影响。实验给出5%掺Sb的薄膜经380℃热处理30min(氮气保护)得到正交晶系的Sn2S3∶Sb多晶薄膜,薄膜表面颗粒大小均匀,膜面致密有轻微颗粒聚集现象。薄膜体内Sn与S化学计量比为1∶1.49,掺Sb后为1∶0.543,薄膜中Sn、S、Sb分别以Sn2+、Sn4+、S2-、Sb5+存在。纯Sn2S3薄膜的光透过率在350~500nm波长范围内基本为零,随着波长增大,光透过率增加,其直接光学带隙为2.2eV,吸收边为564nm;掺Sb后薄膜的光透率明显降低,光学带隙为1.395eV比未掺杂时减小0.805eV,吸收边发生红移为889nm。     

钛氧化物的蒸发特性

试验以Ti2O3、Ti3O5和TiO2作为初始膜料，在ZZS7OO—6／G型真空镀膜机上采用O^2-离子束辅助蒸发制备氧化钛薄膜。用XRD检测方法确定各种膜料和薄膜的相成分，并全面的分析了各种膜料的蒸发特性和薄膜；用分光光度计测量薄膜的透射率，并分析薄膜的光学性能。试验表明，在采用Ti2O3、Ti3O5和TiO2作为蒸发制备氧化钛薄膜时，在钛的氧化物中存在Ti3O5固态同一蒸发相；各种膜料在蒸发时，发生分解，熔池中的物质的成分逐渐转变并晟终完全成同一蒸发相成分。     

Ta2N3电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函第一性原理的GGA方法计算研究了Ta2N3的能带结构、态密度、分态密度和光学性质.计算结果表明,Ta2N3具有明显的金属能带结构特征,且在费米能级附近,Ta的5d态与N的2p态杂化,Ta-N以共价键相互作用.Ta2N3的静态介电常数为77.428,静态的折射率n0为8.88,而介电函数的虚部随能量的增加而减小.Ta2N3多晶体的反射系数在0～1.65eV区域随能量的增加而逐渐减小,在1.65eV附近达极小值,此后随能量的增加而增大,但在15eV时发生陡降.Ta2N3多晶体的吸收系数数量级达105 cm-1,且在高能区对光子的吸收较少,其电子能量损失谱(EELS)的共振峰在15eV处,与此能量时反射系数的陡降相对应.     

氧化钽薄膜表面形貌和光学性能的研究

本文采用电子束蒸发配以Kaufman离子源产生的氧离子辅助沉积了Ta2O5薄膜,用原子力显微镜（AFM）表征了薄膜的表面形貌、表面粗糙度,探讨了Ta2O5薄膜在此工艺下的表面质量.用分光光度计测试了不同厚度下薄膜的透射率,计算出了其折射率.实验及分析结果表明：所制备的Ta2O5薄膜表面平整度高,是弱吸收薄膜,随薄膜厚度的增加短波截止波长向长波方向略有漂移;折射率随膜厚的变化不大,此制备工艺的可重复性强,制备薄膜性能稳定;薄膜表面粗糙度随膜厚的增加而增加,但是增加不大,所制备Ta2O5薄膜是理想光学薄膜;离子束的加入,使得薄膜表明形貌变化更加复杂,打破了热蒸发制备薄膜的柱状生长模式.     

不同衬底上溅射TiO2薄膜的光学性能研究

在硅片和石英上利用射频溅射法沉积了TiO2薄膜,并分别在空气中进行了退火处理。利用椭偏光谱仪对硅片上薄膜进行了椭偏测试,利用紫外-可见分光光度计对石英上薄膜进行了透射光谱测试。利用解谱软件对椭偏谱和透射谱进行了建模解谱,获得了不同基片上薄膜在不同退火温度下的折射指数和消光系数,发现和TiO2块材的光学常数也有明显的区别。通过计算得到了系列薄膜的光学带隙,带隙值范围从3.35～3.88eV,可以为薄膜态TiO2体系的光学应用、设计和相关理论研究提供一定的依据。     

溅射气压对HfO_2薄膜结构和光学性能的影响

HfO2薄膜的结构和光学性能与反应溅射时使用的气压有很强的依赖关系。薄膜的晶粒生长取向、生长速率和折射率明显受溅射气压的影响。所有的薄膜均为单斜相,晶粒尺寸在纳米量级。薄膜的折射率在1.92～2.08范围内变化,透过率大于85%。结果表明,这些HfO2薄膜很适宜用作增透膜或者高反膜。此外,通过Tauc公式推出光学带隙在5.150～5.433eV范围内变化,表明样品是良好的绝缘体。     

磁控反应溅射制备的Ta2O5薄膜的光学与介电性能

采用直流磁控反应溅射技术，在不同的Ar/O2比条件下制备了系列Ta2O5薄膜样品，采用紫外．可见光透射光谱和椭偏光谱测试分析技术，研究了Ta2O5薄膜在可见光范围内的透射率、折射率和消光系数；同时还采用HP 4192A阻抗分析仪测试分析了样品在500Hz～13MHz频段的介电谱，结果表明在300～700nm的可见光波长范围内，氧化钽薄膜的消光系数k→0，折射率＞2．0，透射率大约80％。500Hz下的低频介电常数5的典型值为20.1。损耗角正切tgδ为19.9。     

纳米TiO2／Al2O3复合薄膜光催化特性研究

以电化学方法合成的Al2O3多孔膜为基体，采用交流电沉积的方法在膜孔中沉积纳米TiO2，制备出纳米TiO2／Al2O3复合薄膜。对TiO2／Al2O3复合薄膜的形貌、结构和组成进行了表征；对TiO2／Al2O3复合薄膜光催化甲基橙溶液进行了研究。结果表明Al2O3／TiO2复合薄膜呈现出较好的光催化活性，电沉积TiO2的时间、热处理温度、选择不同光源照射均对TiO2／Al2O3复合薄膜光催化活性有一定的影响。     

V2O5掺杂对TiO2纳米复合薄膜性能的影响

采用溶胶-凝胶技术,以钛酸丁酯Ti(OC4H9)4、V2O5粉末为原材料制备了纳米结构的TiO2-V2O5复合薄膜.使用XRD、AFM、UV-VIS-NIR分光光度计等方法研究了V2O5对TiO2纳米复合薄膜性能的影响.实验结果表明:V2O5掺杂使复合薄膜表面颗粒尺寸增加,但仍具有纳米孔洞结构;随V2O5含量的增加,TiO2晶相由锐钛矿向金红石的转变率大大提高,使金红石完全转变温度降低了200℃左右;复合薄膜在紫外区域的吸收显著增强,吸收边缘发生了红移.复合薄膜定域态宽度随V2O5含量的增加而增加;光学带隙随V2O5的含量增加而减小.     

磁控溅射制备纳米TiO2薄膜导电性的研究

研究了在纳米厚度范围内，TiO2薄膜的导电性与薄膜厚度和基底材料的关系。利用射频磁控溅射方法，使用高纯Ti(99．99％)靶，通入Ar和O2的混合气体，制备了TiO2薄膜，薄膜膜厚15—225nm,在室温下测量了不同厚度TiO2薄膜的电阻率，发现TiO2薄膜的导电性，先后在导体、半导体和绝缘体范围变化。这归因于基底材料与TiO2的功函数不同，导致了界面电子的转移，功函数差决定了电子转移的深度。     

非平衡磁控溅射法Ti/TiO2薄膜的制备及分析

在光学玻璃衬底上利用新型非平衡磁控溅射技术沉积了Ti／TiO2薄膜。原子力显微镜分析表明，薄膜表面光滑、致密、均匀，表面粗糙度（Ra）小于10nm，组成薄膜的颗粒尺寸小于100nm。膜厚测量分析表明，TiO2薄膜的沉积速率达110nm／min。在拉曼光谱中，没有出现晶态TiO2薄膜的散射峰，表明所得TiO2薄膜为非晶结构。利用紫外-可见光全反射谱分析了薄膜的光学性能，结果发现，单纯TiO2薄膜存在微弱吸收，在波长约550nm时出现最大反射率，其后波长越大，吸收率越高；在Ti/TiO2薄膜体系中，随着沉积的Ti膜的厚度增大，Ti薄膜界面的反射率增大，薄膜吸收率提高；在玻璃衬底的正反面均沉积适当厚度的Ti／TiO2薄膜时，能够获得不同的色彩效果；根据薄膜干涉特征，计算所得TiO2薄膜的折射系数约为3．0。另外，所得TiO2薄膜不存在明显光电效应。