smlt2gtolt3gt光学薄膜的制备、结构及性能研究

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1、Sm203光学薄膜的制备、结构及性能研究摘要氧化钐是一种具有4f电子结构的宽禁带金属氧化物，常温下禁带宽度为4～6eV。氧化钐具有高的电阻率，高的介电常数，高的化学稳定性和热稳定性等性能，具有广泛的应用前景。Sm203光学薄膜可用来制备光学开关、数据存储和光电转换元件等。此外Sm203薄膜还具有多种用途，可用于电子和磁性器件，可用于特种玻璃的滤光器中；纳米Sm203还可以用于制备陶瓷电容器和催化剂等方面。目前Sm203薄膜制备主要采用真空蒸镀和气氛蒸镀等方法。但这两种方法对设备的要求很高，设备仪器比较昂贵，对Sm203原料的利用率较小。为了达到实用化的目的，必须开发

2、生产成本低、变换效率高的Sm203光学薄膜的制备方法。鉴于此，本研究采用氯化钐为起始原料，探索性地在玻璃片和单晶硅基板表面采用溶胶一凝胶法和水热法制备Sm203光学薄膜。采用XRD、AFM、分光光度计等分析手段研究了工艺因素对薄膜结晶取向、显微结构和光学性能的影响。主要研究内容和成果如下：以SmCl3"6H20为起始原料采用溶胶．凝胶法，控制溶胶pH值为5．60～5．90，在玻璃基板表面制备了平整致密的Sm203薄膜。重点研究了保温时间和热处理温度对薄膜结构和光学性能的影响。发现在玻璃和Si(100)基板上制备的Sm203薄膜分别表现出沿(110)和(311)晶面取

3、向生长的特征以及明显的紫外吸收和可见光透过性；禁带宽度约为3．53---3．56eV；Si(100)基板更适合生长结晶良好的Sm203薄膜。随热处理温度的升高，薄膜的取向生长和结晶趋势增强；薄膜在全波段对光的吸收也增强，薄膜的禁带宽度变窄。随着保温时间的延长，薄膜的取向性、结晶性和光学性能均变好。较合适的制备Sm203薄膜的条件为：pH=5．7，热处理温度为350。C，热处理时间为2h。此时薄膜表面形貌最好，定向生长也最完整。以SmCl3"6HzO为主要原料采用水热法通过控制溶液的浓度和pH值，在玻璃基片和硅基片上可以制备出氧化钐薄膜。当溶液中Sm3+浓度为0．03

4、mol／L、pH_5．7，185℃保温48h，可以制备出均匀、致密、无可视缺陷、外观质量较高的薄膜。所制备的薄膜表现出一定的定向生长趋势，且薄膜对紫外线有强烈吸收作用而对可见光有强烈增透作用。随着水热反应温度的升高，薄膜的取向生长和结晶趋势增强；薄膜对紫外的吸收和对可见光的透过均增强，禁带宽度增加。当热处理时间小于48h时，随着时间的延长，Sm203薄膜取向度提高，生长更致密均匀。当热处理时间超过48h后，晶粒尺寸反而下降；Sm203薄膜的禁带宽度也随着热处理时间的变化而变化，其变化趋势与晶粒尺寸的变化正好相反。关键词：氧化钐，光学薄膜，溶胶．凝胶法，水热法，光学性

5、能PREPARATIoN，STRUCTUREANDPRoPERTIESoFSm2030PTICALTHINFILMSABSTRACTTheelectronicenergystatesofthe4f(RE)compoundshavebecomeasubjectofgrowinginterestbecauseoftheirdiversetransport，magneticandopticalproperties．5m203isawidebandgapsemiconductormetaloxideandthebandgapisreportedtobe4“eVatroomt

6、emperature．Sm203thinfilmisalsoanewphotovoltaicmaterialandhaspotentialapplicationsinopticalswitches，daterecordingdeviceandmagneticdevice．Inaddition，samariumoxidenano—particlescanbeusedasacatalystfordehydrationofalcoholsandasacatalystmatrixformetalsusedinthedehydrationof2-alkanolsto1-alk

7、enes，aswellasforoxidativecouplingofmethane．Uptonow,themainmethodsusedtodepositSm203thinfilmsarevacuumevaporationandvapordeposition．Buttheequipmentsofthephysicaltechniquesareveryexpensive；andtheutilizationratioofrawmaterialislow．Therefore，sol—gelmethodandhydrothermalmethodwereemployed