钽铌酸钾薄膜的结构与光学性能研究

摘要

近年来，薄膜制造技术的发展，极大推动了电光功能材料薄膜在光全息储存、光信息相位共轭、电光开关以及微电子集成等应用领域的研究。钽铌酸钾（KTaxNb1-xO3，KTN）晶体具有经典ABO3钙钛矿结构，因优良的二次电光性能和铁电性能是优秀的电光信息功能材料之一。本文研究了Ta/Nb为1:1的钽铌酸钾材料，利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了有序KTN的结构与弹性性能，钾氧空位KTN的结构及光学性能，有序及Li原子掺杂KTN（KLTN）薄膜的结构及光学性能；运用脉冲激光沉积（Pulsed Laser Deposition，简称PLD）法在Pt和石英衬底上制备了择优取向度高的KTN薄膜，并利用双光束紫外可见分光光度计、椭偏仪研究了KTN薄膜的吸收、透射和折射等光学特性。
　　首先，在Material Studio软件平台上构建了有序KTN晶体、钾氧空位KTN晶体、有序KTN薄膜以及Li原子掺杂KTN薄膜模型，然后运用局域态密度近似（LDA）研究计算了它们的结构、弹性、光学等物理性质，讨论有序结构及缺陷结构对材料性能的影响，并探究了(100)晶向的KTN和KLTN薄膜的光学性能。
　　利用脉冲激光沉积法在Pt衬底上制备了(100)晶向上择优取向高达94.62％高品质KTN薄膜，运用双光束紫外可见分光光度计实现对薄膜的吸收和透射光谱曲线测量，发现KTN薄膜的吸收边在300 nm附近，在320~900 nm波长范围内透射率高达80%，利用椭偏仪对薄膜折射率等光学性质进行了测试与分析，得出KTN薄膜在可见光和近红外光波段的折射率n和消光系数k随着波长的增大而减小，符合正常色散Cauchy模型。

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第1章 绪 论

1.1课题背景

1.2钽铌酸钾材料的国内外研究现状

1.3本论文的主要研究内容

第2章 B位有序对KTN晶体结构及力学性能的影响

2.1引言

2.2 B位有序KTN晶体模型的构建

2.3 B位有序KTN晶体结构和电子结构

2.4 B位有序KTN晶体的力学性能

2.5本章小结

第3章 钾、氧空位对KTN晶体光学性能的影响

3.1引言

3.2钾、氧空位KTN晶体模型结构

3.3钾、氧空位KTN的光学性能

3.4本章小结

第4章 B位有序和掺杂Li离子的KTN薄膜的结构和光学性能

4.1引言

4.2 KTN及KLTN薄膜的结构

4.3 B位有序KTN薄膜的光学特性

4.4 Li离子掺杂KTN薄膜的光学特性

4.5本章小结

第5章 KTN薄膜的制备和光学性质研究

5.1引言

5.2 KTN薄膜的制备及结构表征

5.3 KTN薄膜的光学性质

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢