Ge-Ga-S玻璃薄膜制备及退火工艺的影响【开题报告+文献综述+毕业设计】.Doc

PAGE I 毕业设计开题报告 通信工程 Ge-Ga-S玻璃薄膜制备及退火工艺的影响 一、选题的背景与意义： 光子代替电子作为信息的载体是历史发展的必然趋势。虽然以光纤通信为代表的光子技术在传输领域获得了蓬勃的发展，获得了 Tbit/s的传输速率，但是光信息处理的核心部分依然依赖着微电子技术、。光电信号转换能力的滞后和电子线路速度的限制，成了制约信息传输容量的瓶颈。因此，开发新型光器件以推动全光网络的发展已成了人们的共识。而光器件的开发关键在于新材料和新技术的运用。硫化物玻璃在光敏介质中具有大折射率，和很好的光敏性和超快的三阶非线性和低双光子吸收和无自由载体吸收的特性，这些性质非常适合全光信号的发生设备，广泛应用于2R信号再生，脉冲压缩和带宽转换中。尤其,三阶非线性在高频超快的光学处理技术中起着重要作用。三阶非线性光学性质的主要原因是构成玻璃的原子或离子的电子极化，其响应时间有可能达到飞秒级。硫系光学薄膜，具有较窄的禁带带宽（1～3ev） ，因此红外截至波长较氧化物玻璃长，在中、远红外区有着优良的透过性能，可有效用于大气的第二（3～5微米）和第三通讯窗口（8～14微米）。 随着光纤通信容量和速度的快速增长，基于非线性效应的光开关、光交换、光放大等新技术和新器件被大量地应用于通信系统中。琉系非晶半导体具有优良的光学和电学性质，能透过1～20μm红外光，可用来制作红外光学透镜和高能CO2激光器传输光纤。经过光辐照后的琉系非晶半导体会出现光致暗化、光致结构变化等效应，可用作文字光记忆和图像处理的光盘材料，如全息储存、集成光学和大面积平板印刷术等。利用其记忆开关效应或选择性离子响应，琉系非晶半导体还可作为计算机中的存储器或离子选择性电极。琉系非晶半导体具有较高的折射率，因而具有较高的非线性光学极化率值，在集成光学和光学计算中有广阔的应用前景。 真空蒸镀法具有较长的历史, 在实验室里研究得比较透彻, 形成了许多成熟的工艺。这种方法沉积速率高, 沉积面积大, 生产效率高, 另外设备和操作也比较简单, 是实验室和工业生产中制备薄膜的主要技术手段。 热蒸发法的工作原理是在真空室内，以已经制备出块状硫系玻璃为靶材，用电阻或电子束对含有被蒸发材料的靶材加热，使靶材熔化后蒸发，由固态变成气态，然后气相沉积到衬底上，如果被吸附原子的运动被束缚而无法结构重组形成晶体，这就形成了非晶态薄膜。 在一定的温度下，每种液体或固体物质都具有特定的平衡蒸气压。只有当环境中被蒸发物质的分压降低到了它的平衡蒸汽压以下时，才可能有物质的净蒸发。单位源物质表面的物质的净蒸发速率应为∶ α为0-1之间的系数；pe和ph分别是该物质的平衡蒸汽压和实际分压;NA、M、R、T分别为Avogatro常数、原子质量、气体常数和绝对温度；由于物质的平衡蒸汽压 随着温度的上升增加很快(呈指数关系)，因而对物质蒸发速度影响最大的因素使蒸发源的温度。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 研究的基本内容： （1）阅读参考文献，设计热蒸发制备锗镓硫光学薄膜的实验流程。 （2）掌握锗镓硫光学薄膜的热蒸发的制备工艺，独立完成研究锗镓硫光学薄膜的制备工作。 （3）并能通过的研究退火温度对锗镓硫的薄膜组分，薄膜厚度，凝聚态结构，薄膜表面形貌以及薄膜与衬底界面结合微观结构的关系，建立完整的薄膜特性和工艺技术之间的技术体系。 拟解决的主要问题： 热蒸发条件下的锗镓硫光学薄膜退火温度对薄膜性能的影响； 三、研究的方法与技术路线： 研究方法： （1）查阅各类关于热蒸发法制备硫系光学薄膜的文献，对硫系玻璃光学的应用及特点有了初步的认识，了解光学薄膜的应用非常广泛。 （2）薄膜制备：采用热蒸发法成功制备锗镓硫光学薄膜。 （3）物化性能研究方法：利用傅立叶红外光谱仪（ FTIR） 、拉曼光谱（Raman） 、台阶仪、椭偏仪等测试手段对制备的二硫化锗光学薄膜进行微观结构、基本物化特性的测试和分析；利用拉曼光谱仪确认薄膜的组分，利用台阶仪分析膜层的表面形貌和粗糙度。利用椭圆偏振仪测量薄膜层不同区域的厚度和折射率。 （4）光学性能研究方法：利用分光光度计和傅里叶红外光谱仪检测薄膜在紫外、可见和红外区域的透射光谱。 技术路线： 锗镓硫光学薄膜的制备：利用磁控溅射沉积技术进行硫系玻璃薄膜的制备，通过控制不同的退火温度来研究对薄膜组分、厚度、均匀性、表面平整度等关键参数。拟直接购买单晶 Si作为衬底材料（有利于与现有的半导体工艺兼容）。 二硫化锗光学薄膜的性能表征：拉曼光谱谱分析薄膜的组分、利用台阶仪分析膜层的表面形貌和粗糙度。利用椭圆偏振仪测量薄膜层不同区域的厚度和折射率； 实验流程图： 选择单晶硅作为靶材基质 选择单晶硅作为靶材基质 热蒸发法沉积锗镓硫光学薄膜 热处理 锗镓硫光学薄膜性能表征 锗镓硫综合性能评价体系