1、Outline實(shí)驗(yàn)構(gòu)想實(shí)驗(yàn)過程結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)總結(jié)ZnO薄膜中具有很多非線性的性質(zhì)，如在ZnO膜生長過程中，呈現(xiàn)出分形形貌；ZnO材料具有較大的二階和三階非線性系數(shù)，是很好的非線性光學(xué)材料。 分形理論是Mandelbrot在20世紀(jì)70年代提為表征復(fù)雜圖形和復(fù)雜過程而提出的，分形具有自相似性和空間尺度的不變性。 ZnO薄膜在生長過程中呈現(xiàn)分形生長，其表面形貌具有廣義 的自相似性。我們試想觀察不同實(shí)驗(yàn)條件下其表面形貌，提出模型模擬其生長過程，并用分維表征其分形性質(zhì)，驗(yàn)證模型的適用性。美麗的分形圖片美麗的分形圖形Outline實(shí)驗(yàn)構(gòu)想實(shí)驗(yàn)過程結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)總結(jié)1.薄膜生長初期形貌研究 磁控濺射法，在Si

2、和NaCl襯底上生長12.5nm的ZnO薄膜。 由于沒有現(xiàn)成NaCl晶體，我們預(yù)先在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室用蒸發(fā)過飽和溶液法生長了NaCl晶體。 XRD和SEM表征。NaCl晶體的生長 2.退火溫度對薄膜形貌的影響 磁控濺射法，在Si襯底上生長200nm的ZnO薄膜共四組。 分別進(jìn)行不退火，350C退火，550C退火和750C退火。 XRD和SEM表征。 3.非線性光學(xué)性質(zhì)的驗(yàn)證 磁控濺射法，在玻璃襯底上鍍膜200nm，通過Z掃描技術(shù)測得薄膜的透光率，測量其三階非線性系數(shù)，驗(yàn)證其非線性光學(xué)特性。Outline實(shí)驗(yàn)構(gòu)想實(shí)驗(yàn)過程結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)總結(jié)1.薄膜生長初期形貌研究 Si襯底XRD表征： NaCl襯底XRD

3、表征： Si襯底：SEM表征： 在一些區(qū)域，ZnO仍零星分布，未連接成片棒狀結(jié)構(gòu)： 在ZnO較少的區(qū)域，晶體以棒狀形貌存在： 在一些ZnO較多的區(qū)域，晶體已經(jīng)初步連接成片，呈島狀生長： 積聚的ZnO晶體類似擴(kuò)散受限聚集模型DLA：NaCl襯底： ZnO顆粒在NaCl表面散布，主要以小球狀存在，一般為中心一顆粒較大小球和周圍若干顆粒較小小球組成的小球組。彈道沉積模型模擬ZnO濺射過程： 在濺射過程中，粒子垂直撞擊到表面上，但方位和方向有一定隨機(jī)性，碰到襯底表面的聚集基團(tuán)后由于熱運(yùn)動(dòng)和粒子間的吸引力仍要運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間，最終穩(wěn)定在一個(gè)能量較小的位置，1+1維彈道沉積模型可以較好模擬這種過程。 由于粒子

4、在入射過程中有一定幾率以斜角度入射，從而形成斜柱狀形貌，這也可以解釋為什么有很多ZnO薄膜的XRD圖像出現(xiàn)峰的偏移。彈道沉積模型模擬的生長過程 在濺射的初期，由于初始粒子沉積位置有一定的隨機(jī)性，隨后濺射的粒子有被已聚集基團(tuán)吸引的趨勢，從而形成分立的聚集基團(tuán)向上生長，隨著薄膜逐漸變厚，這種分立性逐漸消失，從而形成連續(xù)的膜。（這也可以解釋小球組現(xiàn)象） 小球組： 放大尺度來看，一些地方ZnO仍以小球組形態(tài)零散分布，而一些地方小球已經(jīng)相連，形成長島狀結(jié)構(gòu)，但這種島狀結(jié)構(gòu)較Si襯底上的ZnO的島狀有明顯的差異。 可以看到，Si襯底上形成的島狀邊緣較為平滑，聚集面積較大，但方向性較弱；而NaCl襯底上的島

5、狀邊緣較尖銳，島面積較小，但方向性更強(qiáng)。 這是因?yàn)椋簭陌胁臑R落的原子在形成NaCl團(tuán)簇后還要繼續(xù)在襯底表面遷移，這種遷移受到襯底原子的束縛而停止。由于NaCl的晶格結(jié)構(gòu)較為規(guī)則，對濺落原子的約束力較強(qiáng)，所以一般ZnO會(huì)沿一定方向生長，而Si的約束力較弱， ZnO較易沿不同方向生長。 XRD表征：2.退火溫度對薄膜形貌的影響SEM表征：350C退火： 550C退火： 750C退火：顆粒大小的比較： 通過與標(biāo)度尺比對，350C退火時(shí)顆粒大小約為25nm。 550C退火時(shí)其顆粒大小約為50nm 750C退火時(shí)顆粒大小約為150nm 我們將圖像導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，處理灰度后將其數(shù)值化，用加權(quán)盒計(jì)數(shù)法編程求其多

6、重分形譜。 雙對數(shù)圖 從配分函數(shù)和度量尺度的雙對數(shù)圖可以看出在不同的尺度下各點(diǎn)線性關(guān)系較好，反映出圖形具有尺度不變性，驗(yàn)證了ZnO薄膜的分形生長。 由廣義分形維度Dq=k(q)/(q-1),導(dǎo)入不同退火溫度下ZnO的圖像，計(jì)算其廣義分形維度分別為： 350C：7.1 550C：6.5 750C：3.1 隨著退火溫度的升高，分形維度減小，這是因?yàn)樵谝晥鲋衂nO顆粒為較亮部分，分形維度減小表征了ZnO顆粒增大，這與退火使薄膜顆粒增大的結(jié)論是一致的，至于維度的具體數(shù)值有一定的誤差，因?yàn)槟承┑胤搅敛坎皇钦麄€(gè)ZnO顆粒，某些地方暗部仍屬于ZnO.3.非線性光學(xué)性質(zhì)的驗(yàn)證 我們采用Z掃描的方法研究氧化鋅薄

7、膜的非線性光學(xué)性質(zhì),得到在不同的z-point處激光通過薄膜后的透射率。 由于實(shí)驗(yàn)時(shí)所用的激光器出現(xiàn)故障，功率不穩(wěn)定，導(dǎo)致測出的結(jié)果不理想，不能利用該數(shù)據(jù)得到精確的非線性系數(shù)。就最終得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，我們實(shí)現(xiàn)了定性地驗(yàn)證ZnO薄膜對透光率的非線性性質(zhì)。透射率曲線：理論結(jié)果如下：理論結(jié)果如下： 由于儀器的原因沒能得到開口處峰的圖像，但由閉口處谷的圖像和理論圖像相比符合較好，由透射率曲線我們可定性的看出ZnO薄膜的非線性光學(xué)特性。Outline實(shí)驗(yàn)構(gòu)想實(shí)驗(yàn)過程結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)總結(jié) 1.磁控濺射法生長較薄ZnO薄膜，觀察了薄膜生長初期形貌。 2.研究了不同退火溫度對薄膜生長形貌的影響，編程計(jì)算了其多重分形維度，驗(yàn)證了其分形生長。 3.研究了ZnO薄膜的非線性光學(xué)性質(zhì)，驗(yàn)證了其為一種很好的非線性光學(xué)材料。Thank you for attention!1.薄膜生長初期形貌研究 磁控濺射法，在Si和NaCl襯底上生長12.5nm的ZnO薄膜。 由于沒有現(xiàn)成NaCl晶體，我們預(yù)先在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室用蒸發(fā)過飽和溶液法生長了NaCl晶體。 XRD和SEM表征。Outline實(shí)驗(yàn)構(gòu)想實(shí)驗(yàn)過程結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)總結(jié)1.薄膜生長初期形貌研究 Si襯底XRD表征： Z