cu50zr50非晶合金薄膜微观结构及光电性能研究

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1、硕士学位论文Cu50Zr50非晶合金薄膜微观结构及光电性能研究THEMICROSTRUCTUREANDOPTICAL&ELECTRICALPROPERTIESOFTHECu50Zr50THINFILMMETALLICGLASSES胡星星哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG139+.8学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学硕士学位论文Cu50Zr50非晶合金薄膜微观结构及光电性能研究硕士研究生：胡星星导师：黄永江副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大

2、学ClassifiedIndex:TG139+.8U.D.C:620DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEMICROSTRUCTUREANDOPTICAL&ELECTRICALPROPERTIESOFTHECu50Zr50THINFILMMETALLICGLASSESCandidate：HuXingxingSupervisor：Assoc.Prof.HuangYongjiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsP

3、rocessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本论文选用具有稳定玻璃形成能力的Cu50Zr50二元非晶合金作为研究对象，利用磁控溅射法在石英玻璃基底上制备了非晶合金薄膜，通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)等分析

4、测试手段表征了Cu50Zr50非晶合金薄膜的微观结构及表面形貌，通过椭圆偏振仪、紫外-可见分光光度计测试了Cu50Zr50非晶合金薄膜的折射率、消光系数、透射率及吸收率等光学性能，通过四探针法测试了Cu50Zr50非晶合金薄膜的载流子迁移率、电阻率及霍尔系数等电学性能，探究了不同磁控溅射时间下Cu50Zr50非晶合金薄膜微观结构及光电性能的变化，并对部分样品在略低于玻璃转变温度附近进行不同温度的退火处理，研究了退火处理对Cu50Zr50非晶合金薄膜的微观结构及光电性能的影响。采用XRD及TEM研究了不同磁控溅射时间下制备的Cu50Zr50非晶合金薄膜的结构特

5、征，结果表明，在不同磁控溅射时间条件下所制备的合金薄膜的XRD曲线均呈现单一的漫散射峰，TEM图谱显示薄膜表面原子排布混乱无序，选区电子衍射花样呈现晕环状，表明，本文制备得到的薄膜样品均体现完全的非晶态结构特征。利用AFM获得了薄膜厚度、表面形貌及粗糙度等信息，在整个沉积过程中，Cu50Zr50非晶合金薄膜生长可以明显地分为两个阶段，随着溅射时间的延长，薄膜的表面粗糙度先增大后减小，表面纳米团簇尺寸逐渐增大，且团簇的分布由分散稀疏逐渐转变为连续紧密。对不同磁控溅射时间下制备的Cu50Zr50非晶合金薄膜进行了光学性能表征，除溅射时间较短的20min外，其它磁

6、控溅射时间下Cu50Zr50非晶合金薄膜折射率均表现为“反常散射”的特征，即折射率随波长增加而增大，与薄膜消光系数变化趋势一致；随溅射时间延长，薄膜厚度不断增加，而薄膜透射率均逐渐减小，在550nm出现吸收边，薄膜吸收率在溅射时间较短时随波长增加而降低，溅射时间超过40min则对波长不敏感。利用四探针法表征了不同磁控溅射时间下制备的Cu50Zr50非晶合金薄膜的电学性能。结果表明，随着溅射时间延长，薄膜载流子迁移率先增大后减小，在溅射40min时取得极大值，与粗糙度变化趋势一致，薄膜霍尔系数在溅射40min前后出现数量级变化，表现出显著的“尺寸效应”，薄膜电

7、阻率随着薄膜厚度较小急剧降低，在200nm时导电性能甚至低于半导体材料。在略低于Cu50Zr50非晶合金薄膜玻璃转变温度附近进行其退火处理，并对退火后薄膜的微观结构和光电性能进行了表征。结果发现，退火处理后的薄膜仍为完-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文全的非晶态结构。与未退火的情况相比，退火处理使Cu50Zr50非晶合金薄膜表面纳米团簇尺寸增大，团簇分布更为紧密，团簇过渡区孔隙减少，薄膜致密度增加，但对薄膜表面宏观元素分布没有显著影响。对不同退火处理条件下的Cu50Zr50非晶合金薄膜进行了光学性能表征。椭偏仪测试结果显示，退火处理使薄膜“正常色散”与“反

8、常色散”的分界点出现红移。退火处理显著改变了薄膜表面