WO气敏薄膜与ZnO/Metal/ZnO金属介质多层膜的正电子研究

摘要

本文使用正电子湮没技术，对WOx气敏材料和ZnO/Metal/ZnO金属介质多层膜做了系统地研究，分析了样品的实验数据，并得到一些有意义的物理结论。在完成实验分析的同时，作者还对ZnO/Metal/ZnO金属介质多层膜做了理论设计，以获得400至700纳米可见光波段内的高透过率的膜系。 1.WOx气敏材料的正电子研究 利用热丝化学气相沉积法(HFCVD)，通过逐步改变热钨丝的温度，制备了一系列WOx纳米结构薄膜的样品。样品的形貌和沉积率由扫描电子显微镜观察，发现WOx纳米结构的形貌和热丝的温度(Tf)及热丝与抛光Si(100)基底间的距离(df)有着极大的关联。X射线衍射法和拉曼光谱法用来研究Tf对于样品结晶状态的影响。而样品化学计量比和缺陷类型的变化规律则通过X射线光电子谱及慢正电子束注入谱(SPIS)来揭示。当Tf逐步升高到1750℃时，形成了氧化钨纳米结构。我们发现Tf存在一个拐点，在此拐点上样品的结晶度和化学计量比的状态都达到最佳值。当Tf继续上升到2100℃或df减小时，薄膜的结晶度变差，相应地，标准化学计量比的WO3的比例减小并出现大量的空位团。为了使样品的化学状态从亚化学计量比向标准化学计量比转变，样品沉积时通入的混合气体中氧气含量需要提高到一个合适的值。 2.ZnO/Metal/ZnO金属介质多层膜的正电子研究 由脉冲激光沉积法制备了一系列ZnO/Cu/ZnO和ZnO/Al/ZnO金属介质多层透明导电膜。样品的形貌和结晶状态通过了扫描电子显微镜和X射线衍射法来获得。同时还使用了慢正电子注入谱来分析样品的微结构。中间金属介质层比较薄的样品在退火后，其S-E曲线的变化规律与其他样品有着明显的不同。结晶性质，金属与ZnO的相互扩散及金属层的团聚等因素都影响着多层膜的光电性质。通过调整多层膜中每一层薄膜的厚度控制及合适的退火条件，我们可以获得低电阻率及高光透过率的多层透明导电膜。 3.ZnO/Metal/ZnO透明导电膜及其表面减反射减偏正膜的理论设计 根据非均匀膜系理论，设计并优化了减反射减偏振膜，使ZnO/Metal/ZnO金属介质多层膜结构获得低电阻率，并在400至700纳米可见光波段内达到较高的光透过率。多层膜中每一层的厚度及减反射膜系的厚度的优化能够明显改善透明导电膜的光学性质。Ag是作为中间金属层的最佳材料。在0°入射条件下，优化后的MgF2/ZnO/Ag/ZnO膜系的透过率超过了98％。在70°入射条件下，减反射膜/ZnO(30nm)/Ag/ZnO(30nm)结构膜系的S偏振光和P偏振光透过率都达到84％以上。其中减反射膜仅为6层。设计结果表明，多层透明导电薄膜的透过率得到大幅度提高。这一设计对ZnO/Metal/ZnO透明导电膜在宽角度入射情况下的应用有重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.1.1常用材料表面分析方法

1.1.2正电子技术在材料表面分析中的应用

1.2正电子及慢正电子

1.2.1正电子和正电子湮没

1.2.2正电子的慢化

1.3慢正电子束实验原理和方法

1.3.1正电子湮没的多普勒技术(DBAR)

1.3.2脉冲正电子束寿命谱(PPLTS)

第2章 WOx气敏材料的正电子研究

2.1 WOx气敏材料的性质及其应用

2.1.1 WO3及金属W的性质

2.1.2氧化钨还原体系

2.1.3气敏探测机理

2.2氧化钨纳米结构薄膜的制备和实验方案

2.2.1热丝金属氧化物方法的制备过程

2.2.2实验方案

2.3结果与讨论

2.3.1第一组(热丝温度不同)

2.3.2第二组(氧含量OGC不同)

第3章ZnO/Metal/ZnO金属介质多层膜的正电子研究

3.1 ZnO/Metal/ZnO金属介质多层膜的发展和应用前景

3.2 ZnO/Metal/ZnO金属介质多层膜的制备和实验方案

3.2.1多层膜的制备过程

3.2.2实验方案

3.3结果与讨论

第4章ZnO/Metal/ZnO透明导电膜及其减反射膜的理论设计

4.1光学薄膜设计理论简介

4.2减反射膜

4.2.1单层减反射膜

4.2.2双层减反射膜

4.2.3多层减反射膜

4.3偏振效应和解决方法

4.4膜系设计方法

4.5设计过程及结果

4.5.1 0°入射条件下的膜系

4.5.2 70°入射条件下的膜系

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果