二氧化铀光学性质的实验和理论研究

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1、万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国工程物理研究院或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。／17学位论文作者签名：咿_。砂k认签字日期：沙厍垆79日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解并接受中国工程物理研究院研究生部有关保存、使用学位论文的规定，允许论文被查阅、借阅和送交国家有关部门或机构，同时授权中国工程物理研究院研究生部可以

2、将学位论文全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。靴敝储繇PI揪认铷虢签字同期：加1口年移归／厶闩翻瓮，签字日期：锣lp≈月f1日万方数据U02光学性质的实验和理论研究摘要本文通过直流磁控溅射技术在单晶Si(111)基底上沉积u02薄膜，在相同工艺条件不同沉积时间下分别制备了三组薄膜。通过扫描电子显微镜，原子力显微镜，X射线衍射仪以及x射线光电子能谱仪对所制备薄膜的表面形貌，粗糙度，相结构以及元素化学状态进行了分析。通过反射光谱仪和椭偏光谱仪对薄膜的光学性质进行了测量和分析。研究了不同厚度下薄膜的表面形貌，粗糙度，相结构以及元素

3、状态和光学性质。利用几种不同的厚度测量方法分别对所制备的薄膜厚度进行了测量，并进行了分析比较。研究表明随着沉积时间的延长，薄膜的厚度增加，粗糙度增加，晶粒尺寸增大。光学性质测量结果表明薄膜的折射率随厚度的增加而减小，消光系数随厚度的增加而增加，最厚的薄膜的折射率出现了强吸收现象。几种厚度测量方法所测得的厚度结果在薄膜厚度较小的情况下符合得比较好，在厚度较大的情况下出现了一定的差别。在理论计算方面主要基于密度泛函理论，首先利用广义梯度近似(GGA)对U02进行结构优化，再利用局域密度近似(LDA)方法对U02的电子结构，能带以及光学性质进行了计算，引入了HubbardU校正项来

4、处理5f电子的强关联效应。计算所得的U02晶体的晶胞参数为5．39A，体模量为240GPa，带隙为1．87ev与实验结果吻合较好，态密度计算结果表明U02价带主要由u6p，u6d和02p轨道组成，导带主要由U6d和u5f轨道组成。在此基础上计算了u02的介电函数，反射率，折射率，消光系数，能量损失谱和吸收系数，并与现有文献报道的实验值和自己的实验值进行了分析比较，本文的光学性质计算结果与文献报道值以及实验结果吻合较好，尤其在峰值位置和变化趋势匕。关键词：U02，薄膜，光学性质，磁控溅射，第一I生原理万方数据U02光学性质的实验和理论研究ABSTRACTUraniumdioxi

5、defilmsweredepositedonSi(111)substratesbydcmagnetronsputteringmethod，andthefilmsweregrownatsameconditionswithdifferentsputteringtime．Themorphology,roughness，structure，andchemicalstateofthefilmswerestudiedbyfieldemissionscanningelectronmicroscopy,atomicforcemicroscopy,X·-raydiffractionandX-·

6、rayphotoelectronspectroscopy,respectively．Theopticalpropertiesofthefilmswereobtainedbyreflectometryandellipsometry．Theinfluencesoffilmthicknessandroughnessonthemorphology,microstructure，chemicalstateandopticalpropertieswereinvestigated．DifferentthicknessmeasurementmethodswereUSedtoobtainthe

7、thicknessofthefilms．Theresultsshowthatthickness，roughnessandcrystallinegrainsizeincreasewithsputteringtime．Theopticalpropertiesmeasurementsshowthattherefractiveindicesdecreasewiththefilmthickness，whiletheextinctioncoefficientshavetheoppositetrend．Thethic