【摘要】： 硫系玻璃具有良好的透紅外光性能,是重要的光學(xué)材料與光電子材料。硫系玻璃薄膜在現(xiàn)代集成光學(xué)器件研發(fā)領(lǐng)域具有誘人的應(yīng)用前景。本文采用脈沖激光沉積法制備出GeSx(x=2,4,6)、GeSex=2,4,6)、90GeS2-5Ga2S3-5CdS、80GeS2-10Ga2S3-10KBr、(1-x)(4GeSe2-Ga2Se3)-xKBr (x=0,0.1,0.2,0.3)多種體系的玻璃薄膜,采用多種現(xiàn)代測試分析手段,對薄膜的組分、玻璃結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)等方面作了系統(tǒng)的表征和分析,得出如下主要結(jié)果和結(jié)論： (1)脈沖激光沉積法制備的硫系玻璃薄膜,其組分與靶材偏離很小。薄膜的表面光滑平整、粗糙度很小。除0.7(4GeSe2-Ga2Se3)-0.3KBr薄膜退火后出現(xiàn)微晶化,其它玻璃薄膜在退火前后均為非晶態(tài)。 (2)隨著S含量增大,GeSx(x=2,4,6)玻璃薄膜中Ge-Ge鍵數(shù)量減少,平均鍵能增大,導(dǎo)致短波吸收邊發(fā)生藍(lán)移,光學(xué)帶隙逐漸增大(2.59 eV到2.86 eV)；由于Ge4+離子半徑較大,極化率較高,導(dǎo)致玻璃薄膜折射率隨S含量增加而減小。GeSx薄膜以[GeS4/2]四面體為主要結(jié)構(gòu)基團(tuán),以共邊或共頂點連接構(gòu)成玻璃網(wǎng)絡(luò)；80GeS2-10Ga2S3-10KBr和90GeS2-5Ga2S3-5CdS玻璃薄膜也是以[GeS4/2]和[GaS4/2]四面體為主構(gòu)成的三維玻璃網(wǎng)絡(luò)。 (3)隨著Se含量增加,GeSex(x=2,4,6)薄膜的光學(xué)帶隙逐漸減小(1.95eV到1.90eV),但折射率逐漸增加。隨著KBr含量增加,(1-x)(4GeSe2-Ga2Se3)-xKBr(x=0,0.1,0.2)玻璃薄膜的光學(xué)帶隙逐漸增加(1.98eV到2.24eV),折射率逐漸下降。退火導(dǎo)致Ge-Se基薄膜的光學(xué)帶隙均相應(yīng)增大。 (4)在0.8GeSe2-0.2Ga2Se3和GeSe4薄膜中觀察到明顯的光致體積膨脹、光致暗化效應(yīng)和光致各向異性效應(yīng)。相對體積膨脹分別為3.3%和9.3%,光致各向異性度分別為5.8%和7.1%。光照射誘發(fā)更多的結(jié)構(gòu)缺陷,增加了價帶頂?shù)木钟驊B(tài)密度,也增大了玻璃的結(jié)構(gòu)無序性。層間結(jié)構(gòu)荷電后,電荷間排斥作用引起體積膨脹。同時使玻璃中緊密變價對(IVAP)與鄰近原子的鍵連接發(fā)生改變,產(chǎn)生光致各向異性。 (5)90GeS2-5Ga2S3-5CdS薄膜經(jīng)電場極化處理后,有二次諧波信號產(chǎn)生,最大二階非線性系數(shù)為χ(2)=3.83pm/V。極化電場誘導(dǎo)偶極子作定向排列,適當(dāng)?shù)臉O化溫度使得偶極子能夠擺脫玻璃網(wǎng)絡(luò)的束縛,有利于偶極子的定向排列；但溫度過高時偶極子熱運動過于劇烈,削弱了電場對偶極子的定向排列作用。
【圖文】：

在基片表面生長成膜，即絕熱膨脹后的等離子體在基片表面迅速冷卻沉積成膜。通常采用的脈沖激光有:XeCI、戶JF、K淦F等準(zhǔn)分子激光，其波長分別為308、193、248lun[96]。圖2一1為脈沖激光沉積法的裝置簡圖。薄膜等離子體羽輝、、·、，··‘，··;，·;，，備，;..口靶材圖2一1脈沖激光沉積法的裝置簡圖Fig.2一 1DevieediagramofPulsedlaserdePosition

武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文如圖2一2所示，F(xiàn)ocsa等人采用高速CCD裝置拍攝出PLD沉積過程中羽輝的變化圖象【921。該圖像清楚地展示了脈沖激光燒蝕靶材產(chǎn)生的羽輝，從IOns到600ns的變化情形。張端明等人研究了脈沖激光燒蝕靶材的動力學(xué)，提出了等離子體演化的動力學(xué)方程[97]。目前PLD技術(shù)的工藝過程仍有很多未知的領(lǐng)域，仍然是科學(xué)研究的前沿課題之一。圖2一 2PLD沉積過程中羽輝的變化圖象192】Fig.2一 2plumeimagesduringthepulsed一 aserdePositionI92]在用PLD法制備薄膜時，其工藝操作中具有以下幾個特點四]:(l)激光束會經(jīng)過凸透鏡，聚射到靶材表面對其進(jìn)行燒蝕。一般采用soolnrn焦距的石英凸透鏡，可以將脈沖激光的束斑聚焦到大約為1~2
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TQ171.1

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本文編號：2533014