本文關(guān)鍵詞：含氮和無(wú)氮的碳化鍺薄膜鍵合結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：碳化鍺(Ge_(1-x)C_x)薄膜具有優(yōu)良的光學(xué)和力學(xué)性能,這些特點(diǎn)使其可以應(yīng)用為紅外增透保護(hù)膜材料和半導(dǎo)體薄膜材料,并引起了研究者的廣泛關(guān)注。迄今為止,對(duì)碳化鍺薄膜的研究取得了顯著的成就,然而尚且存在如下不足:(1)已有研究表明碳含量是影響碳化鍺薄膜硬度的一個(gè)重要因素,但是文獻(xiàn)報(bào)道的硬度結(jié)果差異較大,鍵合結(jié)構(gòu)對(duì)硬度影響的微觀機(jī)制尚不清楚;(2)碳化鍺薄膜存在硬度低和光學(xué)帶隙窄兩個(gè)不足。這兩個(gè)缺點(diǎn)共同導(dǎo)致碳化鍺薄膜作為紅外增透保護(hù)膜時(shí),難以在高速飛行條件下使用,如何提高硬度和光學(xué)帶隙是亟待解決的問題。針對(duì)以上問題,本文利用磁控濺射方法,以CH_4、Ar、N_2為放電氣體,制備了Ge_(1-x)C_x和Ge_(1-x-y)C_yN_x:H薄膜。通過X射線光電子能譜(XPS)、傅立葉紅外變換光譜(FTIR)、拉曼光譜(Raman)、原子力顯微鏡(AFM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)(UV-VIS-NIR)、輪廓儀、納米壓痕儀等手段表征薄膜的鍵合結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)及力學(xué)性質(zhì)。主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)如下:(1)碳含量(x)顯著影響著Ge_(1-x)C_x薄膜的鍵合結(jié)構(gòu)和硬度。當(dāng)碳含量較低時(shí)(x0.17),薄膜中主要存在著Ge-Ge鍵,使其接近于純Ge網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)碳含量較高時(shí)(x0.40),薄膜中大量的sp2C-C鍵使其接近于石墨結(jié)構(gòu)。因此,過低和過高的碳含量都不利于形成高硬度的Ge_(1-x)C_x薄膜。相比之下,當(dāng)0.17x0.40時(shí),大量sp~3C-Ge鍵的形成促進(jìn)了共價(jià)鍵網(wǎng)絡(luò)的形成,使得Ge_(1-x)C_x薄膜硬度提升。研究發(fā)現(xiàn),sp~3C-Ge鍵濃度是影響Ge_(1-x)C_x薄膜硬度的重要因素。(2)氮的引入能顯著改善碳化鍺薄膜的光學(xué)及力學(xué)性能。隨著氮的引入,Ge_(1-x-y)C_yN_x:H薄膜中Ge含量基本維持不變,同時(shí)C含量降低,N含量升高,即C原子逐漸被N原子所取代。薄膜的折射率從3.0持續(xù)降低到2.3,這是由于N原子取代C原子之后,分子極化率的降低;薄膜的光學(xué)帶隙從1.11eV升高到1.56eV,這是由于強(qiáng)的Ge-N鍵取代相對(duì)弱的Ge-C鍵,從而提高了電子的平均束縛能;硬度從6.25GPa提高到11.73GPa,這是由于Ge-N鍵取代Ge-C鍵后,鍵能增加,同時(shí)形成共價(jià)網(wǎng)絡(luò);薄膜的Urbach帶尾寬度從198.77meV增加到327.94meV,這主要?dú)w因于介電系數(shù)的下降,而非結(jié)構(gòu)無(wú)序度的影響;但是當(dāng)?shù)砍^9.7%時(shí),薄膜的遠(yuǎn)紅外透過率降低,這是由于Ge-N鍵取代Ge-C鍵之后,鍵能的增加使得晶格振動(dòng)頻率增大。綜上,作為紅外增透保護(hù)膜時(shí),存在著最優(yōu)的氮含量范圍。
【關(guān)鍵詞】：碳化鍺 鍺碳氮 鍵合結(jié)構(gòu) 力學(xué)性質(zhì) 光學(xué)性質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 碳化鍺薄膜的制備方法10-12
• 1.2.1 磁控濺射法10-11
• 1.2.2 化學(xué)氣相沉積11
• 1.2.3 脈沖激光沉積11
• 1.2.4 離子濺射11-12
• 1.3 碳化鍺薄膜的鍵合結(jié)構(gòu)和性質(zhì)12-22
• 1.3.1 碳化鍺薄膜的鍵合結(jié)構(gòu)12-13
• 1.3.2 碳化鍺薄膜的性質(zhì)13-22
• 1.4 研究依據(jù)與主要內(nèi)容22-24
• 第二章 薄膜的制備與表征24-30
• 2.1 磁控濺射的工作原理24-26
• 2.2 樣品的制備26-27
• 2.3 樣品的表征27-30
• 第三章 碳含量對(duì)碳化鍺薄膜鍵合結(jié)構(gòu)和硬度的影響30-38
• 3.1 引言30
• 3.2 碳含量對(duì)碳化鍺薄膜成分和鍵合結(jié)構(gòu)的影響30-34
• 3.3 碳化鍺薄膜硬度隨碳含量的演變及機(jī)制34-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 第四章 氮引入對(duì)碳化鍺薄膜成分、鍵合結(jié)構(gòu)、光學(xué)及力學(xué)性能影響的研究38-60
• 4.1 引言38
• 4.2 氮引入對(duì)碳化鍺薄膜成分和鍵合結(jié)構(gòu)的影響38-47
• 4.2.1 氮引入對(duì)碳化鍺薄膜化學(xué)成分的影響38-40
• 4.2.2 氮引入對(duì)碳化鍺薄膜結(jié)構(gòu)和表面形貌的影響40-43
• 4.2.3 氮引入對(duì)碳化鍺薄膜化學(xué)鍵的影響43-47
• 4.3 氮引入對(duì)碳化鍺薄膜光學(xué)和力學(xué)性質(zhì)的影響47-58
• 4.3.1 氮引入對(duì)碳化鍺薄膜折射率的影響47-50
• 4.3.2 氮引入對(duì)碳化鍺薄膜光學(xué)帶隙的影響50-52
• 4.3.3 氮引入對(duì)碳化鍺薄膜Urbach帶尾寬度的影響52-54
• 4.3.4 氮引入對(duì)碳化鍺薄膜紅外透過性的影響54-56
• 4.3.5 氮引入對(duì)碳化鍺薄膜硬度的影響56-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 第五章 結(jié)論60-62
• 參考文獻(xiàn)62-72
• 碩士期間所獲得科研成果72-74
• 致謝74

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中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 付江民;涂層與薄膜[J];材料保護(hù);2000年12期

2 肖劍榮;蔣愛華;;氮化銅薄膜的研究[J];材料導(dǎo)報(bào);2009年21期

3 馬春雨,李智,張慶瑜;二氧化鋯柵介質(zhì)薄膜光學(xué)及電學(xué)特性研究[J];功能材料;2004年04期

4 張為權(quán);單軸晶體薄膜的光學(xué)隧道效益(英文)[J];浙江絲綢工學(xué)院學(xué)報(bào);1997年03期

5 李云;王六定;;摻雜對(duì)氧化鈦薄膜光學(xué)性能的影響[J];材料工程;2008年07期

6 徐世友,祁英昆,張溪文,韓高榮;BP_xN_(1-x)薄膜的制備及磷元素對(duì)其光學(xué)能隙的影響[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2003年03期

7 劉雄飛;周昕;;氮摻雜氟化非晶碳薄膜光學(xué)性質(zhì)的研究[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2006年04期

8 郭培濤;薛亦渝;張光勇;王漢華;馬中杰;;氧化鉭薄膜表面形貌和光學(xué)性能的研究[J];真空;2007年05期

9 張峗;沈悅;顧峰;張建成;王林軍;夏義本;;摻雜離子對(duì)介孔TiO_2薄膜光學(xué)性能的影響[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2010年06期

10 陳智穎,俞躍輝,趙建平,王曦,周祖堯,楊石奇,柳襄懷,施天生;真空磁過濾弧沉積碳氮薄膜的研究[J];功能材料與器件學(xué)報(bào);1997年01期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 馬孜;肖琦;姚德武;;薄膜光學(xué)監(jiān)控信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理[A];2004年光學(xué)儀器研討會(huì)論文集[C];2004年

2 張為權(quán);;雙軸晶體薄膜光學(xué)隧道效應(yīng)[A];'99十一省（市）光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1999年

3 何文彥;程鑫彬;馬彬;丁濤;葉曉雯;張錦龍;張艷云;焦宏飛;;界面連續(xù)性對(duì)薄膜節(jié)瘤損傷特性的影響研究[A];中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)大會(huì)摘要集[C];2011年

4 胡小鋒;薛亦渝;郭愛云;;離子輔助蒸發(fā)TixOy制備氧化鈦薄膜及特性[A];2005'全國(guó)真空冶金與表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

5 王賀權(quán);沈輝;巴德純;汪保衛(wèi);聞立時(shí);;溫度對(duì)直流反應(yīng)磁控濺射制備TiO2薄膜的光學(xué)性質(zhì)的影響[A];2005'全國(guó)真空冶金與表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

6 陳凱;崔明啟;鄭雷;趙屹東;;遺傳算法在軟X射線薄膜反射率多參數(shù)擬合中的應(yīng)用[A];第13屆全國(guó)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

7 尚林;趙君芙;張華;梁建;許并社;;不同摻雜元素對(duì)GaN薄膜影響的研究進(jìn)展[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

8 彭曉峰;宋力昕;樂軍;胡行方;;硅碳氮薄膜的納米硬度研究[A];第四屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2001年

9 張海芳;杜丕一;翁文劍;韓高榮;;Fe~(3+)離子敏感Ge-Sb-Se-Fe(Ni)系薄膜的摻雜性能研究[A];中國(guó)真空學(xué)會(huì)第六屆全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2004年

10 魏?jiǎn)㈢?肖波;葉龍強(qiáng);江波;;Sol-Gel法制備納米二氧化鈦功能性薄膜[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第5分冊(cè)）[C];2010年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 記者劉其丕 李曉飛;天津薄膜光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成立[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2010年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 馬蕾;Si基納米薄膜光伏材料的制備、結(jié)構(gòu)表征與光電特性[D];河北大學(xué);2014年

2 李萬(wàn)俊;N-X共摻ZnO薄膜p型導(dǎo)電的形成機(jī)制與穩(wěn)定性研究[D];重慶大學(xué);2015年

3 曾勇;ZnO薄膜光電性能調(diào)控技術(shù)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

4 賀利軍;電子束蒸發(fā)傾斜沉積氧化鋁薄膜結(jié)構(gòu)與性質(zhì)研究[D];電子科技大學(xué);2014年

5 孫喜桂;硒化鉛薄膜的磁控濺射制備及性能研究[D];北京科技大學(xué);2016年

6 張浩;基于原子層沉積的光電薄膜工藝與器件研究[D];上海大學(xué);2015年

7 金磊;多晶BiFeO_3薄膜的阻變行為與機(jī)制研究[D];電子科技大學(xué);2015年

8 張玉杰;Sn摻雜In_2O_3和In_2O_3薄膜的電子輸運(yùn)性質(zhì)研究[D];天津大學(xué);2015年

9 彭銀橋;硅碳氮薄膜的結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性研究[D];中南大學(xué);2013年

10 居勇峰;氧化鈦薄膜的制備、微結(jié)構(gòu)及特性研究[D];電子科技大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 閆偉超;α-NbZnSnO薄膜的制備與表征及其在薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2015年

2 王新巧;LPCVD技術(shù)沉積的ZnO薄膜及其特性研究[D];河北大學(xué);2015年

3 熊玉寶;超親水TiO_2透明薄膜的制備及其光催化性能研究[D];南京信息工程大學(xué);2015年

4 柳林杰;Al、N摻雜ZnO薄膜的制備及其ZnO第一性原理計(jì)算[D];燕山大學(xué);2015年

5 崔麗;低溫溶劑熱法制備ZnO薄膜及性能研究[D];燕山大學(xué);2015年

6 魏穎娜;基于非水解sol-gel法的還原氮化技術(shù)制備TiN薄膜[D];河北聯(lián)合大學(xué);2014年

7 張帆;溫度相關(guān)的二氧化鈦及鋯鈦酸鉛薄膜的橢圓偏振光譜研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

8 張清清;能量過濾磁控濺射技術(shù)ITO薄膜的制備及性能優(yōu)化[D];鄭州大學(xué);2015年

9 冀亞欣;In_2S_3薄膜的磁控濺射法制備及性能研究[D];西南交通大學(xué);2015年

10 劉倩;Cu-Zn-Sn硫族化物薄膜吸收層的共濺射制備工藝及性能研究[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2015年

  本文關(guān)鍵詞：含氮和無(wú)氮的碳化鍺薄膜鍵合結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：257041