ZnO薄膜中非线性的研究ppt课件

1、ZnO薄膜中非线性的研讨Outline 实验想象 实验过程 结果分析 实验总结 ZnO薄膜中具有很多非线性的性质，如在ZnO膜生长过程中，呈现出分形形貌；ZnO资料具有较大的二阶和三阶非线性系数，是很好的非线性光学资料。 分形实际是Mandelbrot在20世纪70年代提为表征复杂图形和复杂过程而提出的，分形具有自类似性和空间尺度的不变性。 ZnO薄膜在生长过程中呈现分形生长，其外表形貌具有广义 的自类似性。我们试想察看不同实验条件下其外表形貌，提出模型模拟其生长过程，并用分维表征其分形性质，验证模型的适用性。美丽的分形图片美丽的分形图形Outline 实验想象 实验过程 结果分析 实验总结1

2、.薄膜生长初期形貌研讨 磁控溅射法，在Si和NaCl衬底上生长12.5nm的ZnO薄膜。 由于没有现成NaCl晶体，我们预先在化学实验室用蒸发过饱和溶液法生长了NaCl晶体。 XRD和SEM表征。NaCl晶体的生长 2.退火温度对薄膜形貌的影响 磁控溅射法，在Si衬底上生长200nm的ZnO薄膜共四组。 分别进展不退火，350C退火，550C退火和750C退火。 XRD和SEM表征。 3.非线性光学性质的验证 磁控溅射法，在玻璃衬底上镀膜200nm，经过Z扫描技术测得薄膜的透光率，丈量其三阶非线性系数，验证其非线性光学特性。Outline 实验想象 实验过程 结果分析 实验总结1.薄膜生长初期

3、形貌研讨 Si衬底XRD表征： NaCl衬底XRD表征： Si衬底：SEM表征：在一些区域，ZnO仍零星分布，未衔接成片棒状构造： 在ZnO较少的区域，晶体以棒状形貌存在： 在一些ZnO较多的区域，晶体曾经初步衔接成片，呈岛状生长： 积聚的ZnO晶体类似分散受限聚集模型DLA：NaCl衬底： ZnO颗粒在NaCl外表分布，主要以小球状存在，普通为中心一颗粒较大小球和周围假设干颗粒较小小球组成的小球组。 弹道堆积模型模拟ZnO溅射过程： 在溅射过程中，粒子垂直撞击到外表上，但方位和方向有一定随机性，碰到衬底外表的聚集基团后由于热运动和粒子间的吸引力仍要运动一段时间，最终稳定在一个能量较小的位置，

4、1+1维弹道堆积模型可以较好模拟这种过程。 由于粒子在入射过程中有一定几率以斜角度入射，从而构成斜柱状形貌，这也可以解释为什么有很多ZnO薄膜的XRD图像出现峰的偏移。弹道堆积模型模拟的生长过程 在溅射的初期，由于初始粒子堆积位置有一定的随机性，随后溅射的粒子有被已聚集基团吸引的趋势，从而构成分立的聚集基团向上生长，随着薄膜逐渐变厚，这种分立性逐渐消逝，从而构成延续的膜。这也可以解释小球组景象 小球组： 放大尺度来看，一些地方ZnO仍以小球组形状零散分布，而一些地方小球曾经相连，形生长岛状构造，但这种岛状构造较Si衬底上的ZnO的岛状有明显的差别。 可以看到，Si衬底上构成的岛状边缘较为平滑，

5、聚集面积较大，但方向性较弱；而NaCl衬底上的岛状边缘较锋利，岛面积较小，但方向性更强。 这是由于：从靶材溅落的原子在构成NaCl团簇后还要继续在衬底外表迁移，这种迁移遭到衬底原子的束缚而停顿。由于NaCl的晶格构造较为规那么，对溅落原子的约束力较强，所以普通ZnO会沿一定方向生长，而Si的约束力较弱， ZnO较易沿不同方向生长。 XRD表征：2.退火温度对薄膜形貌的影响SEM表征：350C退火： 550C退火： 750C退火：颗粒大小的比较： 经过与标度尺比对，350C退火时颗粒大小约为25nm。 550C退火时其颗粒大小约为50nm 750C退火时颗粒大小约为150nm 我们将图像导入计算

6、机，处置灰度后将其数值化，用加权盒计数法编程求其多重分形谱。 双对数图 从配分函数和度量尺度的双对数图可以看出在不同的尺度下各点线性关系较好，反映出图形具有尺度不变性，验证了ZnO薄膜的分形生长。 由广义分形维度Dq=k(q)/(q-1),导入不同退火温度下ZnO的图像，计算其广义分形维度分别为： 350C：7.1 550C：6.5 750C：3.1 随着退火温度的升高，分形维度减小，这是由于在视场中ZnO颗粒为较亮部分，分形维度减小表征了ZnO颗粒增大，这与退火使薄膜颗粒增大的结论是一致的，至于维度的详细数值有一定的误差，由于某些地方亮部不是整个ZnO颗粒，某些地方暗部仍属于ZnO.3.非线性光学性质的验证 我们采用Z扫描的方法研讨氧化锌薄膜的非线性光学性质,得到在不同的z-point处激光经过薄膜后的透射率。 由于实验时所用的激光器出现缺点，功率不稳定，导致测出的结果不理想，不能利用该数据得到准确的非线性系数。就最终得到的实验数据来看，我们实现了定性地验证ZnO薄膜对透光率的非线性性质。透射率曲线：实际结果如下： 由于仪器的缘由没能得到开口处峰的图像，但由闭口处谷的图像和实际图像相比符合较好，由透射率曲线我们可定性的看出ZnO薄膜的非线性光学特性。Outline 实验想象 实验过程 结果分析 实验总结 1.磁控溅射法生长较薄ZnO薄膜，察看了薄膜生长初期形