富硅氧化硅和ZnO摻Er薄膜的制備及光學(xué)特性.pdf

1、由于Er<'3+>在1.54μm波段的發(fā)光是由4f殼層中電子的4I<,13/2>→4I<,15/2>躍遷產(chǎn)生的,對(duì)應(yīng)著石英光纖的最小吸收窗口,因此在光通訊領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.隨著光纖通信和集成光電子學(xué)的發(fā)展,人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注摻Er光波導(dǎo)放大器(EDWA)的研究,EDWA在通訊領(lǐng)域的潛在應(yīng)用前景對(duì)薄膜材料的研究提出了新的挑戰(zhàn).本碩士論文在國(guó)家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號(hào):50240420656)資助下完成的,論文中分別采用離子束輔助沉積(I

2、BAD)和磁控濺射(MS)兩種薄膜制備方法進(jìn)行了摻Er材料的研究工作.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為三個(gè)部分,第一部分采用離子束輔助沉積的方法制備了摻Er-SiO<,x>薄膜.第二部分采用反應(yīng)射頻磁控濺射方法制備了Er/Yb共摻ZnO薄膜.第三部分采用反應(yīng)脈沖磁控濺射方法制備了Er/Yb共摻ZnO薄膜.通過對(duì)薄膜形貌、組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、光學(xué)特性以及光致熒光的檢測(cè)分析及對(duì)比,探討了不同沉積方法,不同基質(zhì)材料薄膜中Er<'3+>離子1.54μm光致熒光特性

3、.論文中主要研究結(jié)果如下:1.離子束輔助沉積制備摻Er-SiO<,x>薄膜的膜厚在微米量級(jí);退火后薄膜中的O含量升高;結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明:摻Er-SiO<,x>薄膜是無定形態(tài),800℃退火后形成了納米尺度的多晶硅薄膜,1100℃退火后薄膜的晶粒明顯長(zhǎng)大;光致熒光結(jié)果表明:未經(jīng)退火的摻Er-SiO<,x>薄膜沒有測(cè)到光致熒光,發(fā)光強(qiáng)度隨退火溫度的升高而增強(qiáng),1100℃時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最大.2.反應(yīng)射頻磁控濺射法制備的Er/Yb共摻ZnO薄膜,沉積

4、溫度到500℃時(shí),薄膜具有最高的擇優(yōu)取向性,在不同的退火階段,薄膜結(jié)構(gòu)變化明顯:低于800℃退火是ZnO晶粒逐漸長(zhǎng)大的階段,900℃退火薄膜中出現(xiàn)了Er<'3+>、Yb<'3+>偏析,高于1100℃退火薄膜與基底發(fā)生界面反應(yīng);退火后薄膜中O含量增加;未退火及800℃退火后Er/Yb共摻ZnO薄膜沒有觀測(cè)到近紅外光致熒光,高于900℃退火薄膜在1540 nm附近具有明顯的光致熒光,1050℃退火時(shí)光致熒光達(dá)到最大值;光譜呈現(xiàn)典型的晶體基質(zhì)

5、中E<'3+>離子熒光光譜所具有的明銳多峰結(jié)構(gòu)特征;另外觀察了Er/Yb共摻ZnO薄膜近紫外和可見光波段的光致熒光光譜.3.同射頻磁控濺射沉積Er/Yb共摻ZnO薄膜的XRD譜對(duì)比,脈沖磁控濺射沉積薄膜出現(xiàn)的稀土氧化物析出量小,發(fā)生界面反應(yīng)的退火溫度較高;薄膜的晶粒尺寸和薄膜應(yīng)力都偏小;在1050℃退火獲得了更強(qiáng)的光致熒光,并且在1537nm形成一個(gè)連續(xù)的發(fā)光帶;實(shí)驗(yàn)證明:在Er/Yb共摻ZnO薄膜中,過高的Er、Yb摻雜濃度不利于獲得