基于相变材料GeSbTe的微结构制备及其光学性质研究

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1、硕士学位论文基于相变材料GeSbTe的微结构制备及其光学性质研究THEFABRICATIONANDOPTICALPROPERTYRESEARCHOFTHEMICROSTRUCTURESBASEDONPHASECHANGEMATERIALGeSbTe张腾哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O439学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开理学硕士学位论文基于相变材料GeSbTe的微结构制备及其光学性质研究硕士研究生：张腾导师：姜永远教授申请学位：理学硕士学科：物理学所在单位：物理系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classif

2、iedIndex:O439U.D.C:535DissertationfortheMasterDegreeinScienceTHEFABRICATIONANDOPTICALPROPERTYRESEARCHOFTHEMICROSTRUCTURESBASEDONPHASECHANGEMATERIALGeSbTeCandidate：ZhangTengSupervisor：Prof.JiangYongyuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：PhysicsAffiliation：DepartmentofP

3、hysicsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要近年来，可调谐和可重构超材料和超表面成为研究热点，而相变材料GeSbTe（GST）合金相变可逆的特性为微结构的可调谐和可重构性提供了一种实现方案。GST被广泛用作可擦写光盘记录介质，具有实现相变能量要求低、相变可逆等特性。在不同的纳秒激光脉冲下GST可以实现晶态相和非晶态相间的可逆相变，并且在室温下晶态和非晶态都能稳定存在数十年，光盘利用GST晶态和非晶态反射率的不同来存储数字信息。本

4、文在GST的非晶态薄膜上使用激光直写的方式使薄膜在小范围区域内结晶而形成微结构。使用射频磁控溅射法在玻璃基底上制备出GST薄膜，得到其非晶态相，薄膜厚度约为100nm；之后使用加热台使非晶态薄膜结晶。非晶态和晶态的薄膜均有金属光泽，有较高的反射率。对制备出的非晶态和晶态GST薄膜进行光学表征，测量其光学常数及透射谱，在可见光到红外波段，非晶态和晶态GST薄膜都有较大的消光系数，透射率都较低，其中晶态薄膜的透射率始终小于非晶态。传输矩阵计算结果表明，晶态薄膜的反射率始终高于非晶态。搭建光路，将442nm的激光聚焦在非晶态薄膜上使薄膜结晶，根据激光移动后产生的反射率

5、较高的线条判断在该区域实现了结晶。使用COMSOL多物理场计算软件模拟了激光加热薄膜的过程，给出激光加热过程中薄膜内部的温度变化，理论上分析了激光加热薄膜的结晶过程及结晶程度。之后结合Lab-VIEW自动控制位移台和机械快门，在非晶态GST薄膜上制备出由微米量级的结晶线条组成的毫米尺度的光栅结构和波带片结构。AFM分析光栅表面的结果表明激光加热对薄膜表面的破坏程度可以忽略。最后在实验上研究了所制备光栅和波带片的光学特性，它们均能实现相应的衍射功能，表明激光直写制备微结构具有一定的可行性。关键词：相变材料；GeSbTe；激光直写；微结构；衍射元件IAbstract

6、AbstractInrecentyears,tunableandreconfigurablemetamaterialsandmetasurfaceshavebeentheresearchhotspots,andphasechangematerialGeSbTe(GST)alloy’sreversiblephasetransitionprocessprovidesarealizationschemeforthetunabilityorreconfigurabilityofmicrostructures.GSThasbeenwidelyappliedinrewrit

7、ableopticaldiscsastherecordingmedium,becauseofitsreversiblephasetransitionandlowenergyrequirement.ReversiblephasetransitionbetweencrystallineandamorphousphasesofGSTcanbeachievedunderdifferentnanosecondlaserpulses,andbothcrystallineandamorphousphasescanexiststablyfordecadesatroomtempe

8、rature.Theop