PDF《薄膜的光学性能研究》

0 . 26PT薄膜. 通过测 试薄膜的反射谱, 拟合得到其折射率和消光系数, 并研究了 PMN

0 . 26PT薄膜的折射率和消光系数随着 光子能量的变化.

1 实验采用 sol- gel法, 将清洗干净的硅片平稳地放在甩胶台上, 打开油泵将其牢牢地吸附住. 用注射器 将制备好的 LNO 溶液均匀地旋涂在硅片上, 旋涂转速为

2 500 n /s, 旋涂时间为

15 s , 然后将样品放在烘 胶台上烘

180 s , 温度为

300 , 这样重复甩胶 3次, 最后对其进行热处理, 在空气气氛下, 在马弗炉中升 温至

700 , 保温

1 h . 表1PMN

0 . 26PT 薄膜的磁控溅射制备参数 靶材组分 PMN 0. 26PT 靶材直径 2英寸 靶材与衬底之间的距离

9 cm 射频溅射功率

150 W 气体比例 A r O2 =

36 4 真空压强

1 .

5 10-

5 Pa 溅射气体压强

2 pa 衬底 LNO /( 100) Si 生长温度

500 ,

550 ,

600 将制备好的 LNO /S i衬底迅速地放入 磁控溅射的准备室中, 分别用机械泵和分 子泵对其进行抽真空处理. 当真空度达到 ~

10 -

4 pa时, 将阀门打开, 把衬底送到成 膜室中. 调节各项沉积参数, 采用汞灯加热 的方式, 将衬底升温到指定的温度, 然后开 始溅射. 磁控溅射薄膜的具体实验参数见 表1. 利用 X 射线衍射仪 ( XRD )来分析薄 膜的结构;

利用场发射扫描电子显微镜 ( FESEM )观察薄膜的表面和测量薄膜的厚度, LNO薄膜的厚度为

100 nm;

衬底温度为

500 、

550 和600 时制备的 PMN

0 . 26PT薄膜厚度分别为

650、

630 、

600 n m, 采用标准的四探针方法测得 LNO薄膜 的室温电阻率为

7 10 -

4 cm;

使用 Aquila NKD- 8000来测试分析 PMN

0 . 26PT薄膜的光学性能.

2 结果和讨论 图 1是在 LNO /Si衬底上, 不同衬底温度下沉积的 PMN

0 . 26PT薄膜的 XRD 图谱. 为了便于比较, 列出缓冲层 LNO 的XRD 图. 从图 1中可以清晰地看到除了 Si和LNO的衍射峰之外, PMN

0 . 26PT薄膜 呈(110)择优取向, 而且几乎是纯的钙钛矿结构. 这主要是因为 LNO 缓冲层沿 (

110 )方向择优取向. 另 外也看到, 引入的 LNO 缓冲层, 成功地抑制了焦绿石相的产生, 促进了钙钛矿相的生成. 由此可见, 衬底 温度和缓冲层结构对 PMN PT 薄膜的结晶相结构有重要的影响, 合适的衬底温度能有效地抑制焦绿石 相的产生, 促进钙钛矿相的生成. 这与文献 [ 10]中使用 PLD 方法, 在Ts达到

575 后薄膜才出现纯钙钛 矿结构的报道存在明显区别. 显然在较低温度区间生长出结晶性能优异的 PMN PT薄膜, 对薄膜与硅基 工艺兼容性方面将起到积极的促进作用. 随着衬底温度的增加, 薄膜的颗粒尺寸逐渐增大. 从微观表面结构上来看, 沉积温度为500 时, 薄 膜具有较为均匀、 致密的结构, 无裂纹, 颗粒尺寸大约为

200 nm (如图 2所示 ). 图 3表示在不同衬底温度下制备的 PMN

0 . 26PT薄膜的反射谱. 使用柯西模型, 通过最小二乘法进 行拟合分析, 得到了图中的拟合曲线. 从图 3中可以看到, 波长在

600 nm以上实验值和理论值符合得很 好. 然而在

600 nm以下却具有较大的偏离, 这主要是受到薄膜的表面结构、 晶粒尺寸和散射的影响. 另外, 发现在光谱中有很多的反射峰, 这主要是由于在薄膜的表面发生了光的干涉, 产生了强度叠加的结 果. 随着沉积温度的增加 ( 500~

600 ), 薄膜在 LNO /S i衬底上的光学反射率相差不大.