温度相关的二氧化钛及锆钛酸铅薄膜的椭圆偏振光谱研究

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椭偏光谱测量是一种非接触、非破坏性的光学分析技术,由于其尤其适合薄膜测量,因此椭偏光谱测量是研究薄膜材料光学性质的重要手段之一。二氧化钛(TiO2)和锆钛酸铅(PZT)薄膜分别作为光波导和光调制器件材料,随着当今器件集成度变高,器件的发热对器件性能的影响就成为了集成光学中的重要课题。为此,本文选取采用椭偏测量技术对TiO2和PZT薄膜材料进行光学性质的研究,同时研究温度参数对TiO2薄膜和PZT薄膜光学特性的影响。主要内容包括:  基于Forouhi-Bloomer色散模型,分析了TiO2薄膜的光学常数随温度变化的关系。采用自制的温度可变的椭偏测量样品室对样品进行变温,从而实现了在不同温度下对样品进行椭偏参数的测量,并进一步获得不同温度条件下样品光学常数的色散曲线。通过实验可得到随着温度的上升,TiO2的折射率谱线是下降的,这表明温度导致的热膨胀影响了薄膜密度,最终导致折射率下降。而TiO2的消光系数谱线中的吸收边呈现红移的趋势,这是热驱动的能隙变化和热影响能带中电子寿命导致的结果。  采用脉冲激光沉积的方法制备了PZT铁电薄膜,并用Forouhi-Bloomer色散模型拟合了该样品的椭偏参数,得到了PZT薄膜的光学常数与带隙,并将带隙与第一性原理计算得到的PZT带隙比较,发现拟合得到的带隙与计算得到的带隙具有可比性。随后采用变温椭偏测量PZT样品在不同温度条件下的光学常数,得到PZT薄膜的相变温度为320℃。结果表明变温椭偏可以用来确定铁电材料的相变温度和分析带隙的移动。
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