au-mgf- 2c2-复合纳米金属陶瓷薄膜制备、微结构及其光电特性的研究

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1、摘要摘要采用射频磁控共溅射技术成功地制备Au的体积百分比分别为6％、15％、25％、40％、50％和60％的一系列Au-MgF2复合纳米金属陶瓷薄膜。根据不同的性能测试要求，采用了不同的基片，淀积了不同厚度的薄膜。用于xRD分析、椭偏测量的单抛Si(111)晶片和电导测试的载玻片上淀积膜厚约为450m：用于IR测试的双抛si(111)晶片和UV测试的石英玻璃片上淀积膜厚约为210nm；用于透射电镜分析的样品则淀积在400目铜网上的支撑Formvar膜上，膜厚约为60～100nm。用x射线光电子能谱xPS

2、对其中某一组分v01．60％Au—MgF2样品进行测量表明：Au的体积百分比约为62，6％，接近于设计值60％。x射线衍射及透射电子显微镜分析表明：制备的Au—MgF2复合纳米颗粒薄膜由颗粒度为9．8nm至21．4nm的fcc—Au晶态纳米微粒镶嵌于主要为非晶态的MgF2陶瓷基体中构成。采用uV、IR和椭圆偏振光谱技术测量分析了薄膜在红外一近紫外波段的透射和吸收光谱特性。紫外一可见吸收光谱分析表明：voltl5％Au—MgF2复合薄膜在波长为492nm处出现了Au颗粒表面等离子体共振吸收峰：随Au含量的

3、增加，该吸收峰逐渐红移，峰形逐渐变窄，峰强逐渐增大；红外光谱分析表明：在1080cm。波数处出现了立方晶系Si02的吸收峰；在460cm“处有F_．Mg”一F‘离子弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致的M萨2吸收峰；椭圆偏振光谱分析表明：v01．6％Au—MgF2样品的消光系数≈曲线中出现一个由Au金属颗粒表面等离子体共振吸收引起的吸收峰，峰位约为515nm。对于v01．6％Au—MgF2复合薄膜，Ma)(、Ⅳe11．Gamett和Bnlggemall两种有效介质理论均能对其光学特性做出定量的解释，但

4、Maxwell一0amett理论结果要更符合实验结果；而对于v01．40％和v01．60％Au—MgF2复合膜光学性质的解释，Bmggeman理论计算结果要比Maxwell．Gamett更符合实验结果。用变温四引线技术测量薄膜的电阻一温度曲线，分析表明：v01．15％Au—MgF2、v01．25％Au—MgF2和v01．40％Au-MgF2复合薄膜导电特性属介质状念；v01．50％Au—MgF2和v01．60％Au_MgF2复合薄膜导电特性属金属状态；v01．40％Au．MgF2薄膜的方电阻较v01．5

5、0％Au-MgF2薄膜减小Au—MgF2复合纳米金属陶瓷薄膜的制备、微结构及其光电特性的研究了4个数量级，因此实验制备的Au—MgF2复合薄膜的渗透阈吼应处于40％和50％之间。论文共分三章：第一章是绪论，概述了进行此方面研究的背景、意义和国内外相关T作：第二章详述了Au．MgF2系列样品的制备、微结构和光电性能：第三章是结沦。AbstractAu-MgF2nanocrystallinece蛐etfilmsw油di髓remcompositionswerepreparedbyRFmagnetronco—s

6、putteringdepositionandanalyzedbyXPS，XRD，TEM，UV，IR，elIipsometryandtemperature·Variedfour—wiretechnique．Accordingtotherequestsfor击H’erenttestsa11dmeasurements，variouskindsofsubstrateswereadoptedandseVeraIthicknessesweredeposited：fbrXRDandeIIipsometryexamin

7、ations，single-side·polishedSi(111)waf’erswereusedassubstrates；{-ofresistallcemeasurement，glasswasused；forinfraredmeasurement，double—side—polishedquanzwaferswereused；forTEMmicrographobsenration，CunetsdepositedbyfoHllVarmmwereused；廿1eAu-MgF2ce珊etfilmswere6

8、0^一450肌jnthickness．AnalyZedbyXPS，廿lenominalvoI．60％Au—MgF2compositenallopaniclefilmis62．6％，beingingoodwiththeexpectedValue．MicrOstructureanalysisshowsthatthefilmsaremainlycomposedoffccAmnanopaniclesembeddedinMgF2matrix．UV-V