宽角度位相调控反射镜的设计与研制

宽角度位相调控反射镜是下一代中高轨量子通信系统中的核心元件,用于宽角度范围内信号光的高效传递与偏振态的精确调控。基于等效多层膜理论,采用介质反射膜堆加非规整位相调控膜的膜系结构,设计了一种宽角度位相调控反射镜。选择Nb2O5和SiO2分别作为高、低折射率薄膜材料,通过误差分析,优化沉积工艺,采用电子束蒸发结合离子辅助沉积的方式,在德国莱宝Lab900-plus设备上制备出该薄膜元件。研制结果表明,反射镜在780 nm处、45°±7.5°入射范围内,其反射率大于99.3%,位相差控制在3°以内,满足量子通信系统的反射率及位相差控制要求,且通过相关环境模拟实验,满足可靠性要求,为该类偏振调控薄膜元件在下一代中高轨量子卫星中的工程应用打下了坚实的基础。

双层铁磁薄膜中层间耦合和面外各向异性对系统共振频率的影响

本文采用能量极小原理,重点讨论了层间双线性耦合、双二次型耦合和面外单轴各向异性对双层铁磁薄膜中铁磁共振频率的影响。分别从三个方面讨论光学模和声学模共振频率对层间双线性耦合、双二次型耦合以及面外单轴各向异性的依赖。结果表明,层间双线性耦合和双二次型耦合可以提高光学模的共振频率。然而,面外单轴各向异性会降低光学模和声学模的共振频率,尤其是对声学模的影响更加明显。此外,对于光学模,双二次型耦合比双线性耦合更为重要。这些结果有助于新型微波器件的设计。

空间天线用金属薄膜/有机材料结构脉冲激光刻蚀界面特性研究

为了研究脉冲激光刻蚀过程中金属薄膜/有机材料界面的特性变化,以典型的有机材料聚酰亚胺(PolyImide,PI)为基底,通过物理气相沉积在其表面制备了1μm厚的金属Cu薄膜,分别采用短脉冲(100 ns)和超短脉冲(290 fs)激光刻蚀去除部分金属薄膜,然后借助XPS、SEM等对刻蚀后的界面进行了表征分析,测试了样品高频段(4~18 GHz)的介电性能以及太阳光谱(200~2 000 nm)的透射性能。结果表明,纳秒和飞秒激光作用后,Cu/PI这种热物性相差很大的材料体系的界面特征存在共性和差异。共性体现在两种激光刻蚀后的介电常数和损耗因子值比刻蚀前均有小幅提升,这是由刻蚀过程中金属薄膜气化反向沉积的颗粒及界面处PI碳化在新表面上形成了一层很薄的介质薄膜引起的。差异性体现在界面微观形貌上,由于飞秒和纳秒激光的作用机制不同,飞秒激光刻蚀后界面浅表层形成了微孔洞结构,导致在500~2 000 nm可见/近红外波段透射率下降60%左右,而纳秒激光刻蚀后透射率没有明显变化。

Li-Ce共掺杂TiO_(2)纳米材料制备及光催化性能的研究

选用六水合硝酸铈(Ce(NO_(3))_(3)·6H_(2)O)为掺杂剂,以钛酸四丁酯(TBOT)为原料,采用溶胶-凝胶法制备出铈掺杂改性的TiO_(2)光催化剂,并利用XRD、SEM、Uv-vis等表征方法研究Ce/TiO_(2)催化剂的结构、形貌和其对亚甲基蓝的光催化降解性能。结果表明:在500℃退火2 h,Ti与Ce物质的量比为1∶0.01(TiO_(2):0.01Ce)时,样品光催化效率最高,对亚甲基蓝降解率可达93.8%。同时还对TiO_(2):0.01Ce进行Li共掺改良,其光降解率可达95.4%,大于相同条件下单掺杂Ce的光降解率。

基于纳米墨水法制备用于太阳能电池吸收层的CuInS_(x)Se_(2-x)薄膜

以无机盐作为金属源(InCl_(3)、CuCl以及CS_(2)),采用溶剂热法制备CuInS_(2)纳米粒子,进一步采用易热解的铜、铟、硫金属有机前体作为可降解配体成膜交联剂,交联剂包覆铜铟硫纳米粒子得到前驱物墨水,然后通过旋涂法制备CuInS_(2)薄膜,最后对CuInS_(2)薄膜进行硒化,得到的CuInS_(x )Se_(2-x)(CISS)吸光层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重(TG)和霍尔效应测试系统对CISS薄膜的结构和性质进行了研究。结果表明:硒化后的薄膜晶粒尺寸变大,仍为黄铜矿结构。霍尔效应分析表明,所制备的CISS薄膜可用于薄膜太阳能电池的吸收层。

超低介电常数的多孔F-pSiCOH薄膜制备及其紫外固化处理

面向高性能集成电路可靠性设计要求之下,开展以硅集成电路(IC)三维集成器件超低介电常数的介电薄膜研究。采用化学气相沉积法制备了一种超低介电常数(k)值的多孔F-pSiCOH薄膜。利用傅里叶变换红外光谱测定了多孔F-pSiCOH薄膜的化学结构和化学键,并探究了紫外线辐射对多孔F-pSiCOH薄膜机械性能的影响。结果表明:纳米孔和氟原子的引入能有效地降低介电常数,使多孔F-SiCOH薄膜的k值为2.15。紫外固化处理增强了多孔F-pSiCOH薄膜的弹性模量,使多孔F-pSiCOH薄膜的弹性模量从4.84GPa增大到5.76GPa,力学性能得到优化。

射频磁控溅射工艺参数对掺钨氧化铟锡透明导电薄膜性能的影响

ITO薄膜是目前应用最为广泛的透明导电薄膜,通过在ITO中掺杂其他金属可以进一步改善ITO薄膜的光学和电学性能。本文采用射频(RF)磁控溅射法制备了掺钨氧化铟锡(ITO∶W)透明导电薄膜,研究了薄膜厚度、表面形貌、晶体结构以及光学和电学性能与各溅射参数之间的关系。当溅射功率大于40 W时,制备的ITO∶W薄膜为方铁锰矿结构的多晶薄膜,此时薄膜表面光滑平整而且具有良好的结晶性。在基板温度320℃、溅射功率80 W、溅射时间15 min、工作气压0.6 Pa条件下得到了光学和电学性能优良的ITO∶W薄膜,其方块电阻为10.5Ω/、电阻率为4.41×10^(-4)Ω·cm,对应的载流子浓度为2.23×10^(20)cm^(-3)、迁移率为27.3 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)、可见光(400~700 nm)范围内平均透射率为90.97%。此外,本研究还发现通过调节基板温度影响氧元素的状态可以改变ITO∶W薄膜的电学性能。

PEG含量对多孔膜光学带隙及激光损伤特性的影响

采用溶胶凝胶技术结合旋涂法,在石英基底及Si基底上分别制备了孔隙率不同的TiO_(2)和SiO_(2)薄膜,并对两者的光学及激光损伤特性进行了研究。根据透射光谱曲线计算出薄膜的光学带隙,发现光学带隙随着孔隙率的增大而增大,TiO_(2)薄膜的光学带隙大小为3.75 eV~3.97 eV,SiO_(2)薄膜的光学带隙大小为3.52 eV~3.78 eV。椭偏测量结果表明,当聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)质量分数从0、0.8%、4.0%提高至8.0%时,在波长1064 nm处,TiO_(2)薄膜的孔隙率从11.5%、14.1%、30.9%增大至38.7%,折射率从2.0635、2.0165、1.7481降低至1.6409;SiO_(2)薄膜的孔隙率从4.04%、4.6%、5.7%提升至13.9%,折射率从1.4386、1.4358、1.4204降低至1.3879。除PEG质量分数为0.8%的TiO_(2)薄膜外,所有TiO_(2)和SiO_(2)薄膜样品的消光系数均优于10-3,说明薄膜的吸收较小。薄膜的激光损伤阈值(laser induced damage threshold,LIDT)受孔隙率的影响较大,孔隙率越大,TiO_(2)薄膜的激光损伤阈值越高,其值最高可达16.7 J/cm~2;而SiO_(2)薄膜的激光损伤阈值较未添加PEG的激光损伤阈值并未提高,当PEG质量分数从0.8%增加到8.0%时,SiO_(2)薄膜的激光损伤阈值提高了1.9 J/cm~2。总而言之,提高孔隙率有助于提高薄膜的抗激光损伤性能。

双面镀膜法制备高面形精度滤光片

对双面镀膜法制备高面形精度滤光器件进行研究,通过在一面沉积带通滤光膜,另外一面沉积应力/形变匹配膜层的方式,制备了外径Φ25 mm,径厚比为10∶1的HWB900基底高面形精度带通滤光膜。测试结果显示:在通带1 215 nm~1 265 nm波段的平均透过率■≥92%,截止带900 nm~1 135 nm、1 345 nm~1 700 nm内透过率■<1%,镀膜后零件2个表面的均方根(root-mean-square,RMS)值均优于λ/20。深入分析双面镀膜时2个表面面形的变化规律,确定了匹配膜层的厚度及该方法的使用特点。该方法实践性强,制备的光学器件光学性能优异,面形精度高,对高面形精度光学器件的制备具有重要参考价值和指导意义。

卫星用高能激光防护技术发展现状

高能激光技术不断发展,逐渐成为卫星在轨安全的威胁。介绍了高能连续激光和脉冲激光武器对卫星损伤机制的研究进展。针对卫星太阳电池阵、相机、星敏感器等光学系统以及热控多层、复合材料推进剂储箱等非光学关键结构防护特点,总结分析了线性光学防护薄膜、非线性光学防护薄膜、相变材料、机械快门、高损伤阈值薄膜和防护罩等各种高能激光防护技术的主要原理、发展现状和技术特点。

基于光配向的主链型液晶聚合物预倾角的控制

液晶的方位角和预倾角的调制广泛应用于各类液晶光子器件的研究。液晶预倾角调控常使用的小分子液晶容易受外场干扰导致液晶预倾角的改变,影响液晶器件稳定性和可靠性。液晶聚合物具有相变温度高、耐热、耐强光、耐机械振动、更加稳定不易受外场干扰等优点,因此液晶聚合物预倾角的可控制备有着重要研究意义。由于液晶单体受液晶与空气界面的锚定能的影响,RM257液晶聚合物的预倾角与液晶层的厚度有关,难以实现预倾角的稳定可控。本研究利用两步法曝光偶氮染料亮黄(BY)薄膜诱导液晶单体RM257倾斜,采用多层旋凃及液晶单体RM257光聚合的方式降低液晶与空气界面锚定能对预倾角的影响,实现RM257主链型液晶聚合物预倾角可控制备。结果表明,采用这一方法制备的液晶聚合物薄膜预倾角可在0°~16°之间连续可调,并具有光热稳定的优点,具备实现液晶光子器件所需的图案化能力。本研究有望为液晶光子与显示器件的制备提供新的材料设计思路。

退火温度对Ta_(2)O_(5)薄膜光学和表面特性的影响

针对退火温度影响Ta_(2)O_(5)薄膜的光学和表面特性的问题,采用电子束蒸发技术在石英基底上制备了该薄膜,并将薄膜样品分别在200℃、400℃和600℃下进行退火。利用光谱仪测试了薄膜的透射率并反演计算得到薄膜的折射率和消光系数的变化规律,采用X射线衍射仪和原子力显微镜表征了薄膜的表面性能。研究表明,薄膜透射率曲线的峰值随退火温度升高而显著提升。随着退火温度升高,薄膜的折射率和消光系数均逐渐变大,表面粗糙度呈现下降的趋势,表面变得致密。退火前后薄膜均为非晶态。该研究为进一步提高Ta_(2)O_(5)薄膜的性能提供了试验数据。

Ag掺杂In_(2)O_(3)薄膜的制备及其光电性能

为研究Ag的掺杂浓度对氧化铟薄膜禁带宽度、光开关比及光探测率等光电性能的影响,采用磁控溅射方法在石英(SiO_(2))衬底上制备不同浓度的Ag掺杂氧化铟(In_(2)O_(3)∶Ag)薄膜,并利用X射线衍射、 X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、紫外-可见分光光度计分析In_(2)O_(3)∶Ag薄膜的晶体结构、元素含量和价态、表面形貌、禁带宽度及光电性能.结果表明:随着Ag掺杂浓度的增加,In_(2)O_(3)∶Ag薄膜的透过率逐渐降低,禁带宽度由2.47 eV减小至2.08 eV,光探测率和光开关比增大;随着掺杂浓度的增加,光谱响应范围增加.

CoFe/NiFe复合自由层对自旋阀磁电阻变化率的影响

研究CoFe/NiFe复合自由层对自旋阀磁电阻变化率的影响。在实验中通过固定溅射功率、时间和气流,调节靶基距(TSD)得到不同厚度及均匀性的复合自由层CoFe/NiFe薄膜,进而达到优化自旋阀结构提高其磁电阻率的目的。实验结果表明:在TSD分别为8.382 cm、8.890 cm时,制备的CoFe和NiFe单层膜性能最优,电阻标准偏差分别为1.33%、0.98%。通过磁性能综合测试平台对优化后的CoFe/NiFe复合自由层的自旋阀结构进行了测试,磁电阻变化率(MR)较优化前提高了约0.84%。该研究可为高性能自旋阀结构的制备提供参考。

磁光成像技术及石榴石薄膜在无损检测中的应用

磁光成像作为一种新兴的无损检测技术具有精度高、灵敏度高、成本低、速度快的优势,用于检测磁场大小、焊缝及裂纹缺陷。磁性石榴石薄膜因具有强法拉第效应、小饱和磁化场、良好的均匀性和稳定性等优良性能是目前最适宜应用于磁光成像系统中的传感器材料。介绍了磁光成像无损检测技术的原理、应用与研究发展现状;主要介绍了系统应用的关键元件——石榴石薄膜材料,对其性能改善方法与近年来的研究应用进行了综述;最后对磁光成像领域及其中石榴石薄膜的未来发展与研究方向进行了展望。

薄膜微盘激射性质

基于半导体变形微腔的定向激射效应,在各向同性薄膜中制备变形微腔,将为多功能、高集成光子有源芯片提供新的解决方案.利用二维波动光学理论,以Z切向掺饵铌酸锂薄膜蚶线形微盘中的TE20,1模式为例,分析了不同变形因子ε微盘的模式分布、品质因子Q、定向激射效果D以及庞加莱截面图.理论模拟结果显示,微盘变形过程中微盘周长与谐振波长的比值近似为一定值.当ε大于0.24时,微盘具有较好的单向激射性,Q值大于10^(5);当ε变形因子大于0.4时,庞加莱截面图几乎被混沌海区域占据,Q值低于10^(3).因此,薄膜蚶线形微盘变形因子ε在0.24—0.4之间时,微盘不仅具有高的品质因子(Q值为10^(3)—10^(5)),激射方向性也较高(D值为6.45—8.32).

退火处理对低阻LCD屏ITO薄膜光电性能的影响

采用磁控溅射法制备氧化铟锡(ITO)薄膜,对制备好的ITO薄膜样品进行不同温度、不同时间的退火处理。用WGT-S透过率雾度仪、四探针测试仪测量退火后的电阻屏ITO薄膜光电性能参数,并采用扫描电子显微镜观测退火前后薄膜的表面状态,分析退火处理对电阻屏ITO薄膜光电性能的影响。研究结果表明:制备的ITO薄膜的最佳退火温度为400℃,退火时间约为70 min。

Ti掺杂非晶碳复合光热转换薄膜的制备及性能研究

光热转换薄膜是太阳能光热利用的核心部件,直接影响光热转换效率。采用反应磁控溅射技术,使用Ti靶和石墨靶制备了Ti/a-C:H/Ti(H)/a-C:H/Ti(L)/a-C:H复合光热转换薄膜,研究讨论了薄膜的形貌特征和结构组成,并对其光吸收特性进行了分析。结果显示:复合薄膜具有显著的光谱选择性特性,其中Ti和C以TiC形式存在于吸收层中;薄膜较高的表面粗糙度有助于增强光的吸收能力;复合薄膜的吸收率为0.91,发射率为0.13,具有优异的光学性能。

射频磁控溅射制备CdS薄膜性质研究

利用射频磁控溅射技术,在玻璃和Si(111)的基板上沉积CdS薄膜,并研究了溅射功率对薄膜的结构、光学和电学特性等影响.X射线衍射结果表明,在不同溅射功率下制备的CdS薄膜样品,均表现为在(002)方向择优生长,其晶粒尺寸和表面粗糙度均随溅射功率的增大而增大.透射光谱分析表明,CdS薄膜在近红外光区域具有较大的透射率.对Tauc曲线进行分析显示,薄膜的带隙随溅射功率的增大而减小.霍尔效应测试表明,薄膜的电阻率随着溅射功率的增加而降低,而载流子浓度则随着溅射功率的增加而增大.研究结果可为CdS薄膜在光电器件方面的应用提供参考.

SnSe掺杂SnS薄膜的制备及热电性能研究

硫族化合物SnS在光学及热电领域具有巨大的应用前景。为提高SnS的热电性能,采用化学气相沉积法在柔性云母基底上制备SnSe掺杂(原子分数分别为5%、10%、20%)的SnS基薄膜,使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪和塞贝克系数测试系统研究掺杂浓度对薄膜的形貌和组成、晶体结构、光学和热电性能的影响。测试结果表明:所有样品均为正交相,随着掺杂量的增加,更多的Se原子取代晶格中的S原子,导致晶格常数增大;Se原子对S原子的替代导致Ag振动模式发生红移;室温下,10%SnSe掺杂的SnS薄膜功率因子相对最大,为0.018 mW/(m·K^(2)),相比SnS本体提高了5倍。