1、1毕业设计开题报告通信工程GEGAS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
2、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（13EV），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（35微米）和第三通讯窗口（814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120M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
3、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2束对含有被蒸发材
4、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MRTPPNHEA2为01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
5、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
6、。（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3外区域的透射光谱。技术路线（1）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）
7、。（2）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；（3）实验流程图四、研究的总体安排与进度2010年12月，文献阅读、开题报告2011年12月，文献翻译、文献综述，相关文献理解；2011年23月，锗镓硫光学薄膜的热蒸发制备、并通过控制不同的退火温度，观察对锗镓硫光学薄膜的性能的影响；2011年4月，对热蒸发法对以单晶硅为衬底的锗镓硫光学薄膜的性能进行研究，总结热蒸发中退火温度对二硫化锗光学薄膜的性能的影响；总结二硫化锗光学薄膜的物化性能和光学性能。2011年5月，论文撰写、答辩准备选择单晶硅作为靶材
8、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4五、主要参考文献1干福熹光子学材料及其发展J材料科学与工程，1998，162172冯端，师昌绪，刘治国材料科学导论M北京化学工业出版社，2002,3974073徐建，夏海平，张约品，等不同先驱体溶胶凝胶法制备的硫化锗玻璃薄膜J硅酸盐学报，2004，32，（8）102910324赖发春,瞿燕,盖荣权反应磁控溅射制备五氧化二铌光学薄膜福建师范大学学报,2004,20,446495朱海玲直流反应磁控溅射制备氧化亚铜薄膜J2010,10,41111146周继承，陈宇，赵保星磁控溅射制备二氧化钛薄膜及其光学特性研究J应用科
9、技，2010，37，（6）60647YZLI,XDGAO,CYANG,FQHUANGTHEEFFECTSOFSPUTTERINGPOWERONOPTICALANDELECTRICALPROPERTIESOFCOPPERSELENIDETHINLMSDEPOSITEDBYMAGNETRONSPUTTERINGJJOURNALOFALLOYSANDCOMPOUNDS,2008,18,26236278LREIJNEN,BMEESTER,FDELANGECOMPARISONOFCUXSFILMSGROWNBYATOMICLAYERDEPOSITIONANDCHEMICALVAPORDEPOSITION
10、CHEMMATER，172005272427289刘启明，干福熹，顾冬红激光作用下二硫化锗晶半导体薄膜的性能及结构变化J无机化学材料报，2007，17，（4）80581010郝正同，谢泉，杨子义磁控溅射法中影响薄膜生长的因素及作用机理研究J贵州大学学报,2010,27,1626611司磊，玉霞，刘国军光学薄膜制备技术J长春理工大学学报，2004,27,2374012殷浩，应雄纯,宗杰光学膜厚监控方法J红外与激光工程,2008,37,472372713卢安贤，颜长舒，卢仁伟重金属氧化物玻璃的研究现状J材料导报，1995，93444714毛谦新型光通信技术及其应用J中国通信11311715DONG
11、HOKIM,EUNGSUNBYON,GUNHWANLEE,SUNGLAECHOEFFECTOFDEPOSITIONTEMPERATUREONTHESTRUCTURALANDTHERMOELECTRICPROPERTIESOFBISMUTHTELLURIDETHINFILMSGROWNBYCOSPUTTERINGJTHINSOLIDFILM，200614815356毕业设计文献综述通信工程GEGAS玻璃薄膜制备及退火工艺的影响摘要热蒸发法具有较长的历史,在实验室里研究得比较透彻,形成了许多成熟的工艺，能制备出很多符合光器件要求的薄膜。国内外很多研究机构都对热蒸发参数对薄膜的影响进行了研究，并取得
12、了很多的成果。关键字热蒸发；热退火；锗镓硫薄膜一、背景光子代替电子作为传输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信息传输领域获得了蓬勃的发展，获得了TBIT/S的高传输速率，但是光信息处理的核心部分依然依赖着微电子技术和集成技术。【1】光电信号转换能力的滞后和电子线路传输速度的限制，成了制约信息传输容量的重要瓶颈。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。【14】光器件的开发关键在于新材料和新技术的运用。硫化物光学薄膜在新型光器件上有着广泛的应用前景。【2】由于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
13、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。真空蒸发是制备光学薄膜的一种物理方法。该方法通常将真空室的本底真空优于102PA，然后采用加热的方法将被蒸发物质蒸发后沉积在光滑的基片上，得到相应的纳米薄膜。真空蒸发沉积具有材料纯度高、结晶好、粒度可控的特点，但技术条件高。主要的蒸发源有电阻加热蒸发、高频感应加热蒸发、辐射加热蒸发、离子束加热蒸发等。在光学薄膜的制备过程中被广泛采用。二、国内外研究现状国内外各研究单位对制备化合物光学薄膜的研究多集中在各种制备参数对薄膜性能的影响，例如退火温度，不同靶材的组分，来研究薄膜的组分，厚度，均匀性，表面平整
14、度等参数。【7】其中薄膜的组分可以通过通过X射线光电子能谱确认、膜层的表面形貌和粗糙度可以利用扫描电子显微镜和扫描探针显微镜分别分析。【8】薄膜层不同区域的厚度和折射率可以利用棱镜耦合仪或椭圆偏振仪测量。例如权乃成，高斐等人用热蒸发法制备ZNS薄膜并研7究了不同基低温度对薄膜表面粗糙程度和透射光谱的影响；【16】上海大学马季，朱兴文等人利用射频磁控溅射法，通过多次短时沉积和热处理工艺，以二氧化硅为衬底在不同射频功率下制备了ZNO薄膜，探讨了射频功率对薄膜结构，光及电性能等方面的影响。DONGHOKIM,EUNGSUNBYON,GUNHWANLEE,SUNGLAECHO研究了溅镀法中沉积温度对碲
15、化铋薄膜结构和热电性能的影响，分析了在不同温度下溅射成膜的分子结构和表面形态，及温差导电性等。【15】朱海玲研究了直流反应磁控溅射制备氧化亚铜薄膜，讨论了溅射功率及溅射气压对薄膜结构，形貌的影响。【5】周继承，陈宇，赵保星等完成磁控溅射制备二氧化钛薄膜及其光学特性研究，研究了基底温度对薄膜透射率的影响。【6】郝正同，谢泉，杨子义完成了磁控溅射法中影响薄膜生长的因素及作用机理研究，讨论了基片温度及热处理对成膜的影响。【10】三、薄膜的制备方法实验室制备薄膜通常采用物理气相沉积法有真空蒸镀法包括电阻蒸镀和电子束蒸镀；也有新出现的荷能离子镀法，包括离子辅助沉积，低压反应离子镀，等离子辅助沉积，磁控溅
16、射，离子束溅射等方法。评价制备技术的优劣，主要通过产品的性能来体现的，如薄膜的光学常数，附着力，稳定性等。由于实验室设备和条件的限制，我们选择热蒸发法。热蒸发是最简单的气相沉积技术。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MRTPPNHEA2为01之间
17、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。四、研究思路要制备出合格的锗镓硫薄膜并研究其特性，必须先对实验室的热蒸发仪有着充分的学习。熟练掌握该仪器的使用方法，并在不引发机械故障的前提下，对退火温度进行控制。同8时，该实验仪器并非能完成对所有蒸发条件的定量控制如腔室内的温度，靶间距离。所以，还需要一段时间来完善这套仪器。当我们熟练掌握该仪器后，接下来就是要制作锗镓硫靶材。这就需要我对提供组分的玻璃材料的制作工艺和
18、流程有一定的认知和了解。制作出能够溅射尺寸的靶材。最后，我需要自己成功制备二硫化锗薄膜。接着采用SWANEPOEL方法对制备的薄膜透过谱线进行分析，利用MATLAB，ORIGIN等软件计算出该薄膜的光学常数1/21/22SNNNN计算折射率，其中2122MMSSMMTTNNNTT，1/2111SSSNTT；然后利用以上数据计算膜厚2MMMD，其中MMXMXMMMXXNMNN；然后与实验的测量结果进行比较，观察数据是否匹配。五、参考文献1干福熹光子学材料及其发展J材料科学与工程，1998，162172冯端，师昌绪，刘治国材料科学导论M北京化学工业出版社，2002,3974073徐建，夏海平，张约
19、品，等不同先驱体溶胶凝胶法制备的硫化锗玻璃薄膜J硅酸盐学报，2004，32，（8）102910324赖发春,瞿燕,盖荣权反应磁控溅射制备五氧化二铌光学薄膜福建师范大学学报,2004,20,446495朱海玲直流反应磁控溅射制备氧化亚铜薄膜J2010,10,41111146周继承，陈宇，赵保星磁控溅射制备二氧化钛薄膜及其光学特性研究J应用科技，2010，37，（6）60647YZLI,XDGAO,CYANG,FQHUANGTHEEFFECTSOFSPUTTERINGPOWERONOPTICALANDELECTRICALPROPERTIESOFCOPPERSELENIDETHINLMSDEPOSI
20、TEDBYMAGNETRONSPUTTERINGJJOURNALOFALLOYSANDCOMPOUNDS,2008,18,26236278LREIJNEN,BMEESTER,FDELANGECOMPARISONOFCUXSFILMSGROWNBYATOMICLAYERDEPOSITIONANDCHEMICALVAPORDEPOSITIONCHEMMATER，172005272427289刘启明，干福熹，顾冬红激光作用下二硫化锗晶半导体薄膜的性能及结构变化J无9机化学材料报，2007，17，（4）80581010郝正同，谢泉，杨子义磁控溅射法中影响薄膜生长的因素及作用机理研究J贵州大学学报,20
21、10,27,1626611司磊，玉霞，刘国军光学薄膜制备技术J长春理工大学学报，2004,27,2374012殷浩，应雄纯,宗杰光学膜厚监控方法J红外与激光工程,2008,37,472372713卢安贤，颜长舒，卢仁伟重金属氧化物玻璃的研究现状J材料导报，1995，93444714毛谦新型光通信技术及其应用J中国通信11311715DONGHOKIM,EUNGSUNBYON,GUNHWANLEE,SUNGLAECHOEFFECTOFDEPOSITIONTEMPERATUREONTHESTRUCTURALANDTHERMOELECTRICPROPERTIESOFBISMUTHTELLURIDET
22、HINFILMSGROWNBYCOSPUTTERINGJTHINSOLIDFILM，200614815310本科毕业设计（20届）GEGAS玻璃薄膜制备及退火工艺的影响11摘要【摘要】硫系玻璃具有超高的三阶非线性折射率系数、超快的非线性响应、低的双光子吸收和独特的光敏性等品质，已成为一种新型全光信号处理的理想基质材料。本文首先介绍了硫系玻璃薄膜的研究背景，给出了硫系玻璃薄膜的制备方法，并详细介绍了热蒸发法和磁控溅射法制备光学薄膜的方法。实验通过热蒸发法制备了70GES230GA2S3光学薄膜，并利用不同退火参数对沉积的薄膜进行热处理。之后通过SWANEPOEL光学常数计算方法获得不同热处理后薄
23、膜的性能表征参数。另外通过分光光度计、光谱型椭偏仪、表面轮廓仪、显微拉曼光谱仪等现代测量方法测试了不同退火环境下获得的GEGAS玻璃薄膜厚度、折射率、透过光谱、表面粗糙度、内部微观结构等参数，并分别进行比较分析，最终得到GEGAS玻璃薄膜最佳的退火温度。实验检测结果表明，特定温度环境下退火后的玻璃薄膜较未退火的玻璃薄膜，在物理结构及光学特性皆有所改善。【关键词】硫系光学薄膜；热蒸发；退火。12ABSTRACT【ABSTRACT】THEHIGHTHIRDORDERNONLINEARITYREFRACTIVEINDEX,ULTRAFASTRESPONSETIMEOFNONLINEAR,MODERA
24、TETOLOWTWOPHOTONABSORPTIONANDUNIQUEPHOTOSENSITIVEPROPERTIESMAKECHALCOGENIDEGLASSFILMSATTRACTIVECANDIDATESFORALLOPTICALSIGNALPROCESSINGTHISTHESISFIRSTINTRODUCEDTHECHALCOGENIDEGLASSFILMRESEARCHBACKGROUND,OUTLINETHECHALCOGENIDEGLASSFILMPREPARATIONMETHODS,ANDFOCUSONTHETHERMALEVAPORATIONANDTHEMAGNETRONSP
25、UTTERINGMETHOD70GES230GA2S3OPTICALTHINFILMWEREPREPAREDBYTHERMALEVAPORATION,THENUSINGDIFFERENTANNEALINGMETHODSTREATTHESEASDEPOSITEDFILMSSOMEKEYOPTICALPARAMETERSWERECALCULATEDUSINGTHETRANSMISSIONSPECTRABASEDONSWANEPOELSMETHODALSOUSINGTHESPECTROPHOTOMETER,SPECTRALELLIPSOMETER,SURFACEPROFILER,MICROSCOPI
26、CRAMANSPECTROMETERANDOTHERMODERNMEASURINGMETHODSTESTEDTHEOPTICALPARAMETERSSUCHASTHICKNESS,REFRACTIVEINDEX,SURFACEROUGHNESS,TOPOLOGICSTRUCTUREINDIFFERENTANNEALINGENVIRONMENTTHEOPTICALCONSTANTSWERECLASSIFIEDBYTHEANNEALINGTEMPERATUREASARESULT,ALTHOUGHDIFFERENTPROPERTIESTOTHEBULKGLASSCOULDBEOBTAINEDINTH
27、EASDEPOSITEDGEGASGLASSFILM,BUTAFTERCHOOSINGAPPROPRIATETHERMALANNEALINGCONDITIONS,THEANNEALEDLMSWITHCLOSEDSTRUCTUREANDSIMILARPROPERTIESTOTHEBULKGLASSCOULDBEDEMONSTRATED【KEYWORDS】CHALCOGENIDEGLASSFILMTHERMALEVAPORATIONANNEALING。13目录摘要11ABSTRACT12目录131引言1411硫系光学薄膜的简介1412硫系光学薄膜的制备方法1413硫系光学薄膜的应用15131全息记
28、录15132波长转换器15133太阳光致控涂层16134印刷1614研究工作162理论基础1721热蒸发法的原理1722硫系薄膜的能量带隙1823光学参数的计算193实验2131锗镓硫玻璃靶材制备2132用热蒸发法制备锗镓硫光学薄膜2433GEGAS光学薄膜和GEGAS玻璃的测量264数据分析274170GES230GA2S3玻璃DSC测试曲线分析2742不同退火条件下薄膜的拉曼光谱分析2743不同退火条件下GEGAS薄膜的厚度及表面粗糙度分析2944光谱性椭偏仪测试GEGAS薄膜光学参数分析3145利用透过光谱计算GEGAS薄膜的光学参数335结论37参考文献39致谢错误未定义书签。附录错误
29、未定义书签。141引言11硫系光学薄膜的简介以硫系（CHALCOGENIDEGLASS）玻璃为靶材制备的光学薄膜称为硫系光学薄膜，指以元素周期表VIA族元素S,SE,TE为主并引入一定量的其它元素如AS、GA、SB之类电负性较弱的元素而形成的无机光学薄膜。硫系光学薄膜是一类重要非晶态材料，自20世纪50年代发现了它们的半导体性质以来，硫系光学薄膜在光学记忆,太阳能电池、光波导等领域有着广泛的应用【1】。由于硫系材料在中红外光谱高线性和非线性折射率的硫系玻璃在光学应用上有着良好的透过率，引起了学者的广泛关注。据报道，使用硫系波导全光处理能为信号系统提供640GB/S的高速通讯数据传输速率。对于许
30、多光器件在设计中的前提条件是准备高品质的物理性质稳定的光学薄膜，因此制备高品质的光学薄膜显得尤为重要2。众所周知，非晶态半导体中存在着化学键，比如硫系化合物，当其暴露与光，热，电子等状态时，会引起化学键的断裂。由于化学键的断裂，会造成物理性质的变化，例如会使光器件的光带隙和折射率发生漂移。硫系化合物的光暗化效应及结晶性能已被人们广泛研究这些效应在热蒸发的光学薄膜中，要比硫系玻璃原靶材更加的显著。热蒸发薄膜的化学键跟其原靶材有着显著的不同，有着广泛研究和应用前景3。12硫系光学薄膜的制备方法实验室制备薄膜通常采用物理气相沉积法有真空蒸镀法包括电阻蒸镀和电子束蒸镀；也有新出现的荷能离子镀法，包括离
31、子辅助沉积，低压反应离子镀，等离子辅助沉积，磁控溅射，离子束溅射等方法。评价制备技术的优劣，主要通过产品的性能来体现的，如薄膜的光学常数，附着力，稳定性等。磁控溅射法由于溅射出的离子动能很高，使得薄膜的致密度高，附着力强，然而，由于工作压强较高，薄层易被污染；一般光学厚度监控系统，不适于制备多层介质膜4。真空蒸发是制备光学薄膜的一种物理方法。该方法通常将真空室的腔室真空低于102PA，然后采用加热的方法将被蒸发的靶材蒸发后沉积在位于蒸发室上方光滑的基片上，得到相应的热蒸发薄膜。真空蒸发沉积具有材料结晶好、纯度高、粒度可控的特点，但技术条件高。主要的蒸发源有电阻加热蒸发、高频感应加热蒸发、辐射加
32、热蒸发、离子束加热蒸发等。15磁控溅射技术是在一般溅射技术的基础上发展起来的。早期的溅射技术是利用辉光放电产生的离子轰击靶材来实现成膜的。磁控溅射技术则在真空室充01L0帕压力的惰性气体一般用AR气的同时，在阴极靶材的下面放置了高斯强力磁铁。在高压作用下，惰性气体原子电离成为离子和电子，产生等离子辉光放电。电子在加速飞向基片的过程中，受到电场静电作用力和磁场洛伦兹力的共同作用正交电磁场作用，产生漂移，并不断与原子发生碰撞，电离出大量的惰性气体离子。由于电子的能量充分用于碰撞电离等离子体密度比二级溅射提高了一个数量级左右，镀膜速率大大提高。【12】经过多次碰撞后，电子的能量逐渐降低，摆脱磁场磁力
33、的束缚，最终落在基材，真空室内壁，也有可能落在靶源阳极上，降低了由于电子轰击而引起的基材温度的升高。而离子在高压电场加速作用下，与靶材撞击并释放出巨大的能量，导致靶材表面的原子吸收惰性气体离子的动能而脱离原晶格束缚。呈中性的靶原子逸出靶材的表面飞向基质靶材，并在基材上沉积形成薄膜【6】。13硫系光学薄膜的应用131全息记录全息存储是一种全新的存储方式其特点是高密度、大容量、高冗余度、高衍射效率、低噪声、高分辨率和高保真度通过计算机制成的全息图，可将数量巨大的组合图像进行记录，并能很好地平衡其颜色，为电子文字和图像处理系统开辟了崭新的前景【7】。早在1975年，SAKAEZEMBUTSU、YOS
34、HIOTOYOSHIMA等就研究了以S和SE为主要成分的硫系非晶薄膜的特性及在超级全息胶片的应用。实验表明ASSESGE非晶薄膜在加热或光辐照时折射率变化很大，适合全息相存储；光敏性可逆，具有很高的分辨率；适合于在同一记录点处进行信息的擦除和重写功能；易于获得大面积薄膜等优点适合于全息存储【8】。硫系玻璃中的光诱导相变现象可望应用于光学海量存储上。写入信息可以通过聚焦的激光通过诱导相变来，读出信息通过鉴别无定形相和晶相的反射光的差别来实现，锑基硫化物玻璃有望成为在全息记录领域最适合的材料【9】。132波长转换器波长转换器就是将非匹配波长上的光信号转到符合要求的波长上。它是的系统中的最重要的部分
35、之一，提高网络的灵活性，消除波长竞争，同时优化WDM网络的运行，维护管理【10】。目前实现波长变换技术主要分为两大类光电光（/）波长变换和全光波长变换AOWC。光电光型的波长变换器对信号具有再生功能，电信号的参与使其具有开16销处理的功能，允许光信号的输入动态范围较大。但是其电处理技术应用使网络节点乃至网络的吞吐量变小，且响应速度慢，形成“电子瓶颈”【11】。全光波长变换主要有基于半导体光放大器SOA的交叉增益调制XGM、交叉相位调制XPM和四波混频FWM效应实现的波长变换技术。全光波长变换因其无需光电OE/电光EO转换器件，不受光信号格式SIGNALFORMAT以及位速率的限制，利用光的非线
36、性效应转换速度快，使光子网络具有透明性等优点而受到关注【12】。由于光在介质中传输特性，全光波长转化器的主要缺点是不易于集成。随着硫系非晶材料的研究的深入，这个问题正在逐步解决。硫系非晶薄膜的高折射率，增大了光波导的弯曲程度，便于器件的集成。2009年，澳大利亚国立大学CUDOS用32SAS非晶薄膜成功制作出了基于四波混频的40G/S的宽带波长换转器。该转换器体积小，质量轻，转换精确无错误，功率损失低至165DB。目前利用硫系非晶薄膜制作出更长、转换速度更快、集成度更高的波长转化器正在研究中【13】。133太阳光致控涂层这方面应用的基本目的是通过有选择性的控制透过玻璃窗的可见光和红外光的数量来
37、减少建筑物和汽车内部的空调费用。化学沉积CUS薄膜具有较为理想的太阳光控制的特性，对可见光透射率为2050；在红外区有较低的透射率，为1020；在可见光区反射率较低，为10；在近红外区反射率较高，为15，可以在多种衬底如玻璃片、树脂、聚酯片等实现这种涂层。人们还应用化学法沉积了PBS，SNS，ZNS，32SBI，和NISZNS薄膜，在多功能以及提高结合强度方面做了大量工作。另外，国外化学沉积CUSSNS和CUSSBI32薄膜已经用于管状太阳收集器。其吸光度和稳定性也获得了较为满意的结果。CUSPBS薄膜的吸收系数是087，热辐射率是046【14】。134印刷硫系薄膜经光充分照射后产生光致暗，同
38、时导致其化学性质，尤为显著的是在碱性溶液中侵蚀性质的变化。蒸发的ASS薄膜经辐射后其溶解速率提高了10倍，这一特性可用来作为正像平板印刷过程的基础，其线宽度低于LUM，尽管关于此种行为的详细机理还不清楚，但很有可能是光致短键所致。硫系玻璃也可用于静电印刷或电子照相。所采用激活的光接收器为用蒸发获得的薄膜形无定形硒，可能还含有少量的砷或其它元素以防止析晶【15】。此外，在高容相变存储器、太阳能电池、光开关、光电转换方面都有巨大的应用前景【16】。14研究工作17热退火处理是指将光学薄膜加热到适当的温度，根据薄膜的尺寸大小采用不同的保温时间，然后进行缓慢的冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状
39、态，获得良好的工艺性能和使用性能。采用不同的热退火温度会对薄膜的光学特性产生极大地影响，这主要是由于热退火对薄膜的结构产生影响，例如形成不同的晶态物质，从而对薄膜的衍射峰位置及光带隙产生影响，同时不可避免的对薄膜的表面结构产生影响。这些都可以通过对薄膜的表面形态观测进行验证。但热退火对薄膜的电学特性并没有产生太大影响【18】。2理论基础21热蒸发法的原理热蒸发是最简单的气相沉积技术。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。
40、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MRTPPNHEA2A为01之间的系数；EP和HP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。根据物质的蒸发特性，物质的蒸发模式又被分为二种模式一是物质在固态情况下，当温度加热到熔点时，物质的平衡蒸汽压依然低于101PA。在18这种情况下，要想利用蒸发方法进行
41、物理汽相沉积，就需要将温度提高到其熔点以上。大多数金属的蒸发属于这种情况。二是如CR、TI、MO、FE、SI等，在熔点附近的温度下，固相的平衡蒸汽压已经相对较高。这时这些物质直接发生了升华，实现物质的气相沉积，如图11所示【19】。图21直接发生升华的物质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。真空热蒸发技术要求较高的真空度，避免空气分子混入薄膜形成杂质，影响薄膜的质量。另外，由于多组分材料中各组分的熔点不同，在蒸发过程中蒸气分子的浓度会随着蒸发速
42、率的不同而不同，那么所形成的蒸汽组分会与靶材的组分有一定的差别，进而会导致所沉积的薄膜成分与靶材存在差异，也会使所形成的薄膜不均匀。在热蒸发法中衬底温度和取向都是很重要的工艺因素，特别是需要很高的衬底温度，对所形成的薄膜有着较大的影响。因此，热蒸发技术适合于小面积镀膜。对于大面积的衬底可能均匀性不是很好。尽管热蒸发技术有一些不足之处，但是热蒸发技术所具有设备简单，易于操作，成本低廉，无需过高温度等优点使它成为目前使用最为广泛的硫系非晶薄膜制作方法。利用热蒸发制的薄膜材料纯度高，沉积速率比较快，可达011M/S。22硫系薄膜的能量带隙能量带隙是基质中导带与禁带的能量差，一般比光学带隙稍高，约为1
43、115倍之间。在吸收光谱中，是由紫外区域的光吸收由基质内部的本征吸收决定，吸收边沿所对应的光子能量称为光学带隙。光学带隙是能量带隙表现形式的一种，与基质中导带到禁带的电子跃迁有直接联系。基质中原子之间键强越强，原子的连接越紧密，导带与禁带之间的分离就越大，19光学带隙也就越大。因此，能量带隙也越大。在硫系非晶薄膜中，由于原子之间都是通过链状形式连接而成网络结构，结构比较疏松，原子之间连接并不十分紧密，并且硫属原子之间的键强较小，导带和禁带之间的分离不是太大。因此，硫系薄膜的能量带隙相对时较小的。英国南安普顿大学等利用化学气相沉积法制备出GESBS三元硫系非晶薄膜，并测量了其光学带隙。认为在硫系
44、非晶半导体中缺少晶体结构，不需要考虑声子的动量，电子进行直接跃迁。图12是在折射率N2时所测量的薄膜的光学带隙与组分之间的关系。容易看出，随着SB含量的增多，薄膜的光学带隙逐渐减小【20】。图22CVD法制备的GESBS薄膜的光学带隙与SB含量的关系23光学参数的计算根据SWANEPEOL和MARQUEZ总结出的方法，对于沉积于基底上的匀厚薄膜，用SD和SN分别表示基底的厚度和折射率，用D和N分别表示膜层的厚度和折射率，用A和K分别表示膜层的吸收系数和消光系数，在弱吸收的情况下，薄膜的透射率T可以表示为2COSAXTBCXDX，（1）其中232222321612114/EXPSSSSANNBN
45、NNCNNNDNNNNDXD干涉带的极值可以表示为2MAXTBCXDX，（3A）202MAXTBCXDX，（3B）在上（3A）和（3B）式中，上，下包络线,MMTT可视为波长的连续函数函数，并且可以通过实验透射光谱的极值进行拟合得到。在,MMTT确定之后，联立上述方程，就可以方便地获得薄膜的光学常数。采用该方法并结合WDD色散模型，可以通过以下六步确定薄膜的光学常数（1）由透射光谱确定上下包络线MT和MT。（2）用弱吸收和中等吸收区域的包络线计算该光谱区域内的膜层折射率，吸收系数及厚度。（3）采用WDD色散模型对折射率数据分析，得出色散常数。（4）将所得的折射率推至强吸收区域，获得强吸收段的折
46、射率。（5）应用强吸收区域内的透射光谱和折射率数据计算该区域内膜层的吸收系数。（6）有强吸收和中等吸收区的吸收系数和波长的依赖关系确定薄膜的能量带隙。折射率的计算公式1/21/22SNNNN，式中2122MMSSMMTTNNNTT。基底的折射率SN可以通过测量基底的透射率ST由方程1/22111SSSNTT确定；薄膜厚度D的计算公式2MMMD，其中MMXMXMMMXXNMNN；这里M为干涉级数，SN和SXN分别为透射光谱中第M级和MX级极大（或极小）值M和MX处膜层的折射率【16】。213实验31锗镓硫玻璃靶材制备实验是以高纯度的GES2、GA2S3化合物作为原料，然后采用传统熔融急冷法制备出
47、玻璃样品以下是制备的流程图22图31玻璃样品制备流程图在制备锗镓硫靶材的过程中，我们用到的仪器及药品主要有小坩埚，电子天平，小钥匙，退火炉，熔炉，玻璃模具，较长的玻璃棒，坩埚钳，打磨盘，擦镜纸，松香，研磨机，抛光机，抛光粉（粗粉，中粉，细粉3种），酒精等。表31实验仪器JA1003电子天平上海精密科学仪器有限公司PT50真空泵德国莱宝真空泵YBR6010摇摆炉宜兴市奥尔精工电炉电气有限公司N60退火炉德国纳博热精密退火炉MT50系列流量显示仪北京汇博隆仪器有限公司TRP系列直联高速旋转式真空泵北京北仪优成真空技术有限公司FTMV膜厚监控仪上海泰尧真空科技有限公司选料入模抛光打磨搅拌熔融搅拌配料
48、计算退火样品制备完成23SIDC500多功能直流电源沈阳赛恩斯科技有限公司FD系列分子泵控制器北京中科科仪技术发展有限责任公司SKY偏压电源中国科学院沈阳科学仪器研制中心有限公司SKYKZI控制电源中国科学院沈阳科学仪器研制中心有限公司SKYGDI供电电源中国科学院沈阳科学仪器研制中心有限公司SKYJRI加热控温电源中国科学院沈阳科学仪器研制中心有限公司GHX高温恒温干燥箱无锡市苏威电器有限公司主要步骤为（1）配料用电子秤分别称量好GES2、GA2S3的用量，因为电子秤能精确到小数点后3位。称量前在电子秤上垫一张小纸片，用于放置药品，并进行电子秤清零。用小钥匙小心地将药品一点一点慢慢的放置到小
49、纸片上，在接近材料用量时，轻微抖动手腕，将钥匙中的药品一点点的撒在小纸片上，控制质量误差范围在0001G内。注意加药品是一定要少量的慢慢的加入，切不可过多，并注意不能洒落在小纸片外。（2）搅拌将称量好的各种药品都倒入一个小容器内，注意不能洒落容器之外，并要时刻保持容器的干燥清洁。用小钥匙慢慢的轻微搅拌药品，将它们混合均匀，搅拌5,6分钟左右，一定要搅拌到均匀为止。每次搅拌不同的药品之前一定要洗干净容器并擦干，防止混入其他的杂质或有药品粘在容器内壁。将搅拌好的药品倒入小坩埚中。（3）熔融将熔炉升温至950OC左右，并长时间保持。用坩埚钳将装有配好药品的小坩埚防入熔炉中熔融。大概每10分钟左右用石英玻璃棒将熔融的药品搅拌1，2分钟，是药品更加的均匀。药品在熔炉中烧制半小时左右。（4）退火24用坩埚钳
