过渡金属离子掺入硫系基质材料的薄膜光学性质研究

【摘要】：硫系玻璃是位于元素周期表中VIA族的S、Se、Te元素为主,再与一些类似金属元素制备的玻璃。目前来说,对硫系玻璃材料掺杂改性是材料研究的一个重要方向。近年来,过渡金属离子在硫系玻璃中的掺杂引起了人们的广泛关注,掺杂过渡金属离子可以调节硫系玻璃的发射区,提高荧光效率。掺杂浓度决定了粒子的分布、吸收、激发、发射和结构性质。ZnS/ZnSe共晶材料具有优异的力学性能、高发射截面和室温宽禁带调谐特性。掺杂过渡金属离子硫系玻璃非线性光学材料产生的近中红外激光能够应用于追踪大气污染和有害物质,以及制备低损耗的新型光导光纤,所以高稳定性透明硫系复合材料的制备和中红外性能的研究是目前国内外研究的热点之一。关于硫系玻璃的物理性质人们已经研究了几十年,由于硫系玻璃拥有十分好的非线性折射率系数、低声子能量、多样的光敏性、优良的透中红外性等特点,所以这种材料在光学器材、能量转换以及传感材料各个方面都有很广泛的应用。本文利用固相反应烧结法自制不同组分的ZnS:Co/ZnSe:Co块体靶材,运用脉冲激光烧蚀法,制备出纯度高和平整度好的薄膜。利用Nd:YAG激光器的三次谐波脉冲激光沉积制备过渡金属离子掺杂到闪锌矿硫属化合物的纳米薄膜,分析制备条件对其结构以及光学性质的影响,获得最佳组分-结构-性能的组合。在采用脉冲激光沉积法制备ZnS:Co薄膜和ZnSe:Co薄膜的制备过程中,会有大量的物理参量和条件需要控制,每一种参量的变化都会影响到最后制备出薄膜的结构性质。为了得到最优的薄膜制备条件,我们会控制其它变量不变的情况下,改变其中一个参量,然后进行结果的比较分析,从而得出制备薄膜的最佳参量条件。本实验中我们分别探究腔内压强和衬底材料以及衬底温度的变化对ZnS:Co薄膜和ZnSe:Co薄膜的形成影响。目前针对红外区域的材料鲜有报道,远远不能达到人们的需求,所以对于ZnS:Co薄膜和ZnSe:Co薄膜的研究是十分重要的。最后我们对薄膜的光学性质,结构性质,电学性质等特性进行了理论分析和实验研究,从而得到最佳成膜条件。主要工作从以下4个方面进行:1.利用固相反应烧结法制备ZnS:Co靶材和ZnSe:Co靶材。2.对ZnS:Co靶材和ZnSe:Co靶材进行检测和分析。3.通过控制参量变化利用脉冲激光沉积技术制备ZnS:Co薄膜和ZnSe:Co薄膜。4.对ZnS:Co薄膜和ZnSe:Co薄膜进行检测和分析。