（光学专业论文）几种光电功能薄膜的光学和磁光性质研究.pdf

论文摘要 论文题目：几种光电功能薄膜的光学和磁光性质研究 摘要 本文利用椭圆偏振光谱技术并辅助其它测量手段，对氧化银、氮化镓和氯化 碳二三种光学薄膜的结构、光学和光致发光性质作了深入研究，并用宏观物理模型 对实验结果进行了分析和解释。还利用实验室研制的磁光克尔系统对 a g ( 3 n m ) t b f e c o ( 5 0 n m ) 双层膜在短波长区的磁光克尔增强效应进彳j = 了测：量和分 析。t 要内容如下： 1 利用德圉l e yb o l d 公司的l a b 6 0 0 一s p 磁控溅射系统，采用反应溅射的方 法，在不同氧分压比p o ( 0 ：( 0 。+ a r ) ) 条件下制备了系列的a g 。0 薄膜样品。 所有特品均在真空中进行退火处理，并在真空中自然冷却至室温。利用x 射线衍 射谱( x r d ) 、x 射线光电子谱( x p s ) 、和椭圆偏振光谱( s e ) 对遐火前后所有a g 。0 样品进行了分析。通过埘不同氧分压比( f oo 2 ，0 3 ，0 4 ，0 5 ，0 5 7 ，0 6 7 ) 条件下制备的a g 。0 样品的光学常数( 丑= 6 3 2 8r i m ) 进行研究，发现其折射率和消 光系数随p o 的增大而逐渐单调变化。当p o 在0 5 0 6 区问时，其折射率和消 光系数随p o 变化不明显。此区间的光学常数与s c h m i d 等人报道的同波长下的 a g 。0 的光学常数值( = 2 5 ，k = 0 1 1 ) 略有差异，这是因为制各的a g 。0 中除了主 要成分a g ：0 外，还残留有少量的a g 和a g o 的缘故。此结论被随后的x r d 和x p s 测量所证实。氧分压比p o 位于0 5 - 0 6 区间条件下制备的a g ，o 适合在光和磁光 存储器件中应用。一方面在此区间a g 。o 的折射率和消光系数随p o 变化不明显， 另。力向包含a g ，0 层的新型磁光盘可获得大的信噪比( s n r ) ，此结论已被k i m 等人在新型磁光盘试验中证实。 根据退火前后样品结构的变化，所有a s d e p 的a g 。0 样品基本上可划分为两 类。氧分压比p o 小于0 4 条件下制备的a g ；0 样品经过高温退火后，晶体结构出 无定形变为( a g + a g 。0 ) 的多晶结构，其中主要成分为a g ；氧分压比p 0 大于0 4 条件下制备的a g 。o 样品经高温退火后呈现了a g ：0 的多晶结构。借助两组具有代 表性的a g 。0 样品( p o = o ，3 和0 5 7 ) 退火前后的x r d 和x p s 的测量结果，证实所 有a s d e p 的a g ，0 样晶基奉为无定形结构，并且a g o 和a g 。0 共存；退火过程中 a g 。0 会发生热分解，a g o 和a g 。0 热分解的临界温度分别约为2 0 0 。c 茅n3 0 0 。c ，这 与相关文献报道的结果大致符合。但两组样品经过与相关文献报道的同样退火处 理后，并未如相关文献所报道的那样呈现了纯银的多晶结构，而是分别呈现了 ( a g 十a g ：0 ) 和a g ：0 的多晶结构。实验结果的不同可以通过制备条件的筹异，导 复旦大学l 尊士学位论文 论文摘要 致制备的a g 。0 样品的致密度不同得到合理解释。 2 利用l p m o c v d 多步生长1 一艺在晶向( 0 0 0 1 ) 的蓝宝石( a l ：0 。) 衬底卜制备 了厚度为1 5 o 5 卅的高质量g a n 薄膜样晶。在g a n a 1 ：0 。样品的x r d 谱中出现 r 两个尖锐的衍射峰。它们分别对应于( 0 0 0 2 ) 和( 0 0 0 4 ) 纤锌矿( w u r t z jt e ) 结构的g a n 衍射蜂，其中( 0 0 0 2 ) g a n 衍射峰的半宽高( f w h m ) 只有o r 。如此 小的半高宽和高阶( 0 0 0 4 ) g a n 衍射峰的出现证实了l p m o c v d 制备的g a n 薄膜样 晶具有晶体比拟的高质量。住g a n a 1 。0 。的介电函数谱和反射谱中，在光学带 隙e n ( 3 4 4 e v ) 以下出现了很强的干涉峰。当光予能量大_ 光学带隙e 。时干涉峰 消失，薄膜不再透明。g a n 层的介电函数通过多层膜模型并借助所测得的 g a n a 1 ：0 。的椭偏参数拟台得到，所拟合的光学带隙民( 3 4 4e v ) 与相关文献报道 的结果一致。在g a n a 1 。0 。低温下的光致发光谱( p f ) 中，很明显观察到p l ，峰的红 移，这说明随着测量温度的提高，g a n 的光学带隙e 。变小。然而实验中g a n 的p l 峰的红移并不能用典型的半导体民( t ) 公式加以解群，这可归因于g a n 带尾态的 参与。与其它相关文献报道的结果相比，在我们的低温p l 谱中，只在3 4 7 l e v 能量出观察到一个施主束缚激了峰，这个峰在近期文献中被归结于中性s j 施主 原子周围束缚的施主束缚激子。而受主激子峰和自由激子峰未被观测到的原因呵 归结于g a n 样品中的位错和缺陷。它们所形成的应力场使谱线得到了加宽。p l 峰的强度随温度的升高而变小可通过非辐射复合过程的增强而得到合理解释。 3 采用电子同旋共振( e c r ) 辅助脉冲激光烧蚀的方法在单i 酊抛光的( 1 0 0 ) 单晶硅片上制备了厚度约为i “m 的c n ，薄膜。x r d 显示a s d e p 的c n ，薄膜为无 定型结构，但样品中存在微量的多晶颗粒。拉曼散射谱表明所制备的c n 。样品主 要由c = n 、少量c c 和微量的c - - - - - - - n 组成。随着退火温度的升高，拉曼散射谱不 仅在1 3 5 7 c m 1 频移附近出现了一个新峰( 此新峰对应无序的c n 键) ，而日c = n 和 c - n 的相对含量比随着退火温度的提高大致呈先减小，然后增大，再减小的趋势， 从而证实在退火过程中部分n 原子发生了迁移或者以n ：的形式从样品表面逃溢。 椭圆偏振光谱仪所得到的烈。薄膜的光学常数谱表明退火温度对光学常数值的 大小和谱线的形状均产生了显著影响。结合拉曼散射谱所得到的研究结果可认为 这是因为退火改变了c n ，薄膜样品的内部结构和键结构的缘故。实验中得到的光 学常数谱随光子能量变化的关系可用洛伦兹色散理论得到解释。 4 利用德国l e y b o l d 公司的l a b 6 0 0 一s p 磁控溅射系统在k 9 玻璃上制备了 a g ( 3 r i m ) 1 1 b f e c o ( 5 0 h m ) 双层膜样品。在这种双层膜结构中，a g 不仅可防止t b f e c o 膜的氧化，而且诱导了短波长区的磁光克尔效应的增强。与a g 相比。a g t b l t e c o 的磁光克尔转角( k e r rr o t a t i o n ) 在银等离子吸收边附近( 大约3 9e v ) 出现了 一个增强峰，但椭偏率变化不明显。通过计算a g t b f e c o 双层膜介电常量张量的 复旦大学搏士学位论文 论文摘要 非对角元，有理由相信a g t b f e c o 短波长区的磁光克尔增强效应是由砸铁磁性介 质t b f e c o 对a g 的d 电子的极化，使得a g t b f e c o 的等效介电常量张量的非对角 元增大造成的。 关键词：椭圊偏振，x 射线光电予涪， 光致发光，电子回旋其振，洛伦鲍色散 多层膜模型，金属有机化学气柏沉积， 克尔转角，非对角元 分类号：1 2 7 0 一a ；6 1 1 0 一e q ；6 5 ，4 0 七：7 8 6 6 一w ，；7 5 5 0 一y ；8 i 0 5 e a v 复旦大学博士学位论文 s t u d yo f t h eo p t i c a la n d m a g n e t o o p t i c a lp r o p e r t i e so f s o m e o p t i c a l e l e c t r o n i cf u n c t i o n a lt h i nf i l m s a b s t r a c t i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h es t r u c t u r a l ，o p t i c a la n d p h o t o l u m i n e s c e n c ec h a r a c t e r i s t i c s o fa g x o g a na n dc nxt h i nf i l m sw a sd e e p l ys t u d i e db y s p e c t r o s c o p i ce l l i p s o m e t r i c ( s e ) t e c h n i q u e ，c o m b i n e dw i t ho t h e rm e a s u r e m e n tm e t h o d s ，a n dt h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t sw e r e a n a l y z e d a n d e x p l a i n e db y n u m e r i c a lc a l c u l a t i o nb a s e do nt h e m a c r o s c o p i cm o d e l t h ee n h a n c e m e n to f t h em a g n e t o o p t i c a lk e r re f f e c ti na g ( 3 n m ) t b f e c o ( 5 0 1 w a ) b i l a y e rf i l m sa ts h o r tw a v e l e n g t hw a sa l s om e a s u r e da n ds t u d i e db y as e l f - m a d em a g n e t o o p t i c a lk e r rs y s t e mt h em a i nc o n c l u s i o n sw e r el i s t e d a s f o i l o w s ： 1 b yu s i n g l a b 6 0 0 一s p m a g n e t r o n c o n t r o l l e ds p u t t e r i n gs y s t e m ，m a d eb y g e r m a n yl e y - b o l dc o m p a n y , as e r i e so fa g t ot h i nf i l ms a m p l e sw e r ep r e p a r e da t d i f f e r e n t0 2g a sr a t i op o ( 0 2 ( 0 2 + a r ) ) b yr e a c t i v es p u t t e r i n gt h e na l lt h es a m p l e s w e r ea n n e a l e da td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e sa n dn a t u r a l l yc o o l e dt or o o mt e m p e r a t u r ei n h i g h v a c c u r n c o n d i t i o n s ，a l lt h ea n n e a l e da n dn o n a n n e a l e da g ，os a m p l e sw e r e s t u d i e db yx r a yd i f f r a c t i o n ( x r d ) ，x r a yp h o t o e l e c t r o ns p e c t r o s c o p y ( x p s ) a n d s p e c t r o s c o p i ce l l i p s o m e t r y ( s e ) t h r o u g h t h es t u d yo ft h eo p t i c a lc o n s t a n t so f a g 。o s a m p l e ( 2 = 6 3 2 8n n 0 p r e p a r e da td i f f e r e n t0 2g a sr a t i o ( p o = 0 2 ，03 ，0 4 ，0 5 ，0 5 7 ，0 6 7 ) ， i tw a sf o u n do u tt h a tr e f r a c t i v ei n d e xa n de x t i n c t i v ec o e f f i c i e n tg r a d u a l l yc h a n g e d w i t hp o i n c r e a s i n ga n dc h a n g e du n c o n s p i c u o u s a tt h e0 2 g a s r a t i ob e t w e e n0 5a n d0 6 t h er e f r a c t i v ei n d e xa n de x t i n c t i v ec o e f f i c i e n to b t a i n e di nt h i sr e g i o nw a ss l i g h t l y d i f f e r e n tf r o mt h a tr e p o r t e db ys c h m i d te ta l 8 】w i t ht h ec o m p l e xr e f r a c t i v ei n d e xo f a 9 2 0 ( 5 2 5a n d k2 0 11 ) a taw a v e l e n g t ho f 6 3 28n r n ，w h i c hm i g h tb ed u et ot h e e x i s t e n c eo f as m a l la m o u n to f a go ra g o p a r t i c l e si na s d e pa g 。os a m p l e sm a i n l y m a d e u po f a 9 2 0 ，a sc o n f i r m e db y x r da n dx p s t h e a g 。op r e p a r e da tt h e0 2 9 a s r a t i ob e t w e e n0 5a n d0 6w o u l db es u i t a b l ef o ro p t i c a la n dm a g n e t o o p t i c a ls t o r a g e a p p l i c a t i o ns i n c et h eo p t i c a lc o n s t a n t sc h a n g e dn n c o n s p i c u o u si nt h i sr e g i o na n dt h e c o r r e s p o n d i n gm a g n e t o o p t i c a ld i s ki n c l u d i n ga g 。ol a y e rc o u l do b t a i nl a r g e rs i g n a l n o i s er a t i o ( s n 融、w h i c hw a s p r o v e d i nn e w m a g n e t o o p t i c a l 出s ke x p e r i m e n tb yk i m e ta 1 a c c o r d i n g t ot h es t r u c t u r a lc h a n g eo fa gx oa f t e ra n n e a l e d ，a l lt h ea s d e pa g 。o ” 复旦大学博士学位论史 一 些! ! ! 竺! s a m p l e sc o u l db et a k e ni n t ot w og r o u p s t h ea m o r p h o u ss t r u c t u r eo f a g ，o ，p r e p a r e d a tp os m a l l e rt h a n 0 , 4 ，w o u l dc h a n g ei n t ot h em u l t i c r y s t a l l i n es t r u c t u r eo f ( a g + a 9 2 0 ) a f t e ra n n e a l e da th i g ht e m p e r a t u r e i nt h em u l t i c r y s t a l l i n es t r u c t u r eo f ( a g + a 9 2 0 ) ，a gw a sd o m i n a t e dw h i l et h ea m o r p h o u ss t r u c t u r eo fa g 、o ，p r e p a r e da tp o l a r g e rt h a n0 4 ，w o u l dt u mi n t ot h em u l t i c r y s t a l l i n es t r u c t u r eo fa 9 2 0a f t e ra n n e a l e d a th i g ht e m p e r a t u r ea sc o n f i r m e db yx r d a n dx p so ft w ot y p i c a lg r o u p so f a g 、o ( p 0 2 0 3a n d0 5 7 r e s p e c t i v e l y ) ，a l l t h e a s d e pa g 。os a m p l e ss h o w e da m o r p h o u s s t m c t u r ew h e r e a g oa n da 9 2 0c o e x i s t e d d u r i n ga n n e a l i n g ，t h ea s d e p o s i t e d a m o r p h o u ss t r u c t u r e o fa g xow o u l db e c r y s t a l l i z e d a n d t e m p e r a t u r e d e p e n d e n t d e c o m p o s i t i o nw o u l do c c u r t h et h r e s h o l do ft h et h e r m a ld e c o m p o s i t i o nt e m p e r a t u r e f o ra g oa n da 9 2 0w a sa b o u t2 0 0 ca n d3 0 0 。c r e s p e c t i v e l y ，w h i c hw a si ng o o d a g r e e m e n t w i t ht h er e s u l t sr e p o r t e di no t h e rw o r k h o w e v e r ，w h a t sd i f f e r e n tf r o mt h e r e s u l t sr e p o r t e di no t h e rw o r kw a st h a tt h e s et w o g r o u p so f a g ，os a m p l e sd i d n ts h o w t h e m u l t i c r y s t a l l i n es t r u c t u r eo fp u r es i l v e r ，a n db u ts h o w e dt h em u l t i c r y s t a l l i n e s t r u c t u r eo f ( a g + a 9 2 0 ) a n da 9 2 0r e s p e c t i v e l y t h ed i f f e r e n t e x p e r i m e n t a lr e s u l t s c o u l db ee x p l a i n e db yd i f f e r e n td e n s i t yc a u s e db yd i f f e r e n tp r e p a r a t i o nc o n d i t i o n s 2 h i g h q u a l i t yg a n t h i nf i l ms a m p l ew i t hat h i c k n e s so fa b o u t1 5 05 , a mw a s p r e p a r e do n ( 0 0 0 1 ) s a p p h i r es u b s t r a t eb yl o wp r e s s u r em e t a l o r g a n i cc h e m i c a lv a p o r d e p o s i t i o n ( l p m o c v d ) m u l t i s t e pg r o w t hp r o c e d u r e s e e nb yx r d ，t h ea s d e pg a n f i l ms h o w e dt w os t r o n g ( 0 0 0 1 ) - - o r i e n t e dw u r t z i t eg a nc h a r a c t e r i s t i cp e a k sd u et ot h e ( 0 0 0 2 ) a n d ( 0 0 0 4 ) d i f f r a c t i o n sp e a k so ft h ew u r t z i t eg a n t h ee x i s t e n c eo f t h es t r o n g ( 0 0 0 2 ) d i f f r a c t i o np e a kw i t hav e r yn a r r o wf w h m v a l u eo fa b o u t01a n dt h eh i g b o r d e rg a n ( 0 0 0 4 ) d i f f r a c t i o n p e a kc o n f i r m e dac r y s t a l l i n e dq u a l i t yo f t h eg a nf i l m s p r e p a r e db yu s i n gl p m o c v dm u l t i s t e pg r o w f l ap r o c e d u r e o p t i c a lt r a n s p a r e n c yo f t h eg u ns a m p l e si n d u c e ds t r o n gi n t e r f e r e n c eo s c i l l a t i o n sb e l o we n ( 3 4 4 e v ) i nt h e m e a s u r e dd i e l e c t r i cf u n c t i o n s p e c t r a a n dr e f l e c t i v e s p e c t r a o f g a n a 1 2 0 3 t h e d i e l e c t r i cf u n c t i o no ft h eg a nl a y e rw a se x t r a c t e db yd a t ar e d u c t i o nb a s e do nt h e m u l t i l a y e rm o d e l ，c o m b i n e dw i t ht h ee l l i p s o m e t r i cp a r a m e t e r s t h es i m u l a t e do p t i c a l b a n dg a p e n ( 3 4 4 e v ) w a si ng o o da g r e e m e n tw i t hr e s u l t sr e p o r t e di no t h e rr e l a t e d p a p e r s i nl o wt e m p e r a t u r ep ls p e c t r ao fg u n ，t h er e ds h i f to fp lp e a kw a sv i s i b l e ， w h i c hd e m o n s t r a t e dt h ed e c r e a s ei nt h e o p t i c a lb a n dg a pe o w i t ht h em e a s u r e m e n t t e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g h o w e v e r , t h er e d s h i f t c o u l dn o tb ea c c o u n t e df o r b y a c o n v e n t i o n a ls e m i c o n d u c t o rf o r m u l a e n ( t ) ，w h i c h c o u l db ea t t r i b u t e dt ot h e i n v o l v e m e n to fb a n dt a t ls t a t e s c o m p a r e dw i t ht h er e l a t e dr e s u l t sr e p o r t e di no t h e r v 复旦人学博十学位论文 一 ! ! ! ! ! ! ! ! p a p e r s ，t h eo b t a i n e dp lo fg a n s a p p h i r eo n l ys h o w e dad o n o r - b o u n de x e i t o n ( d b e ) p e a ka ta b o u t3 4 7 1e v , w h i c hh a si nr e c e n tl i t e r a t u r eb e e na s s i g n e dt os id o n o r s t h e d i s a p p e a r a n c eo fa e e e p t o r - b o u n de x c i t o n ( a b e ) p e a kc o u l db ea t t r i b a t e dt ot b e d i s l o c a t i o n sa n dd e f e c t si nt h eg a ns a m p l et h a tc o u l dc a u s ei n h o m o g e n e o u ss t r a i n f i e l d sb r o a d e n i n gs p e c t r o s c o p i cl i n e sa n dd e c r e a s e di n t e n s i t yo fp l w a sv i s i b l e t h e d e c r e a s e di n t e n s i t yo fp l p e a kw i t ht h et e m p e r a t u r ei n c r e a s i n gc o u l db ea c c o u n t e df o r b y t h es t r e n g t h e n e dn o n r a d i a t i v er e c o m b i n a t i o n p r o c e s s 3 t h ec n xt h i nf i l mw i t hat h i c k n e s so fa b o u t1 p m w a sp r e p a r e do nt h ef 1 0 0 ) p o l i s h e d s i l i c o ns l i c e b ye l e c t r o nc y c l o t r o nr e s o n a n c e ( e c r ) l a s e rp u l s ea s s i s t e d d e p o s i t i o n x r a yd i f f r a c t i o n ( x r d ls h o w e dt h a ta s d c pc n 。f i l ms a m p l e sw e r e a m o s ! a m o r p h o u s ，a n das m a l la n t o u n to fm u l t i c r ) r s l a l l i n ep a r t i d e ss t i l le x i s t e di n c n 。f i l ms a m p l e s r a m a ns c a t t e r i n gs p e c t r ad e m o n s t r a t e dt h a tt h eb o n d si nc n 。f i l m s p r e p a r e da tr o o mt e m p e r a t u r e ( r t ) w e r em a i n l ym a d eu po fc = nb o n d sa n das m a l l m a o u n to fc - ca n dc e nb o n d s w i t ht h ea r m e a l i n gt e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g n o to n l ya n e w p e a kc o r r e s p o n d i n gt od i s o r d e r e dc - nb o n da p p e a r e dn e a r13 5 7 c m 。i nr a m a n s c a t t e r i n gs p e c t r a ，b u ta l s o t h ec o m p a r a b l ea c c u m u l a t i o n sb e t w e e nc = na n dc n b o n d sr o u g h l yt e n d e dt og e ld e c r e a s e d ，w h i c hp r o v e dt h em i g r a t i o ni nt h es a m p l e so r e s c a p i n gf r o mt h es a m p l e so f t h ep a r t i a ln i t r o g e na t o m st h e o p t i c a lc o n s t a n t so fc n 。 f i l ms a m p l e sm e a s u r e db ys c a n n i n ge l l i p s o m e t r yi nt h e1 5 e v 4 ，5 e ve n e r g yr a n g e d e m o n s t r a t e dt h a ta n n e n i n gh a da p r o n o u n c e de f f e c to ns i z ea n ds p e c t r as h a p e ，w h i c h w e r ed u et ot h ec h a n g eo ft h ei n t e r n a la n db o n d i n gs t r u c t u r e sc a u s e db ya n n e a l i n g t e m p e r a t u r e s i nt e r m so fr a m a ns c a t t e r i n gs p e c t r a t h e d e p e n d e n c eo ft h eo p t i c a l c o n s t a n t so b t a i n e di ne x p e r i m e n t so np h o t o ne n e r g yc o u l db ee x p l a i n e db yl o r e n t z d i s p e r s i o nt h e o r y 4 a g ( 3 n m ) t b f e c o ( 5 0 r m a ) b i l a y e rf i l mw a sp r e p a r e do nk 9g l a s sb yu s i n g l a b 6 0 0 一s pm a g n e t r o n c o n t r o l l e ds p u t t e r i n g s y s t e m ，m a d eb yg e r m a n yl e y - b o l d c o m p a n y i na g t b f e c ob i l a y e rf i l m s ，a gn o to n l ya c t e da sp r o t e c t i n gl a y e ra g a i n s t o x i d a t i o no ft b f e c o ，b u ta l s oi n d u c e dt h ee n h a n c e m e n to ft h em a g n e t o - o p t i c a lk e r r r o t a t i o na tas h o r tw a v e l e n g t h c o m p a r e dt ot h ep u r ea gf i l m ，t h ek e r rr o t a t i o no f a g t b f e c oh a da ne n h a n c e dp e a ka tt h ep l a s m aa b s o r p t i o ne d g eo f a g ( a b o u t3 9 e v ) h o w e v e r , i t se l l i p t i c i t yh a das m a l ld i f f e r e n c ef r o mt h a to fp u r ea g t h r o u g ht h e c a l c u l a t i o no ft h e o f f - d i a g o n a l e l e m e n t so fa g t b f e c o ，i tw a sb e l i e v e dt h a tt h e e n h a n c e m e n to fk e r rr o t a t i o no f a g t b f e c ob i l a y e rf i l m sw a sd u et ot h ep o l a r i z a t i o n o fde l e c t r o n so f a g c a u s e db yt h em a g n e t i cd i e l e c t r i cm a t t e rt b f e c o ，w h i c hm a d e v i i 复旦大学博士学位论文 t h eo f f - d i a g o n a le l e m e n to f d i e l e c t r i ct e n s o ro f a g t b f e c o g r e a t l yi n c r e a s e d k e y w o r d s ：e l l i p s o m e t d , ，x r a yp h o l o e l e c t r o ns p e c t r o s c o p y , m u l t i l a y e rf i l mm o d e l ， m e t a l o r g a n i c c h e m i c a l v a p o rd e p o s i t i o n ，p h o t o l u m i n e s c e n c e ，e l e c t r o nc y c l o t r o n r e s o o a n c e ，l o r e m zd i s p e r s i o n ，k e r rr o t a t i o n 、o f f - d i a g o n a le l e m e n t p a c s ：4 2 ，7 0 一a ；6 1 ，1 0 - e q ；6 5 4 0 - b ；7 8 6 6 一w ；7 55 0 一y ；8 1 ，0 5 e a v l l l 复旦大学博士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 光电功能薄膜由于其独特的光学和磁学性质已经在信息等领域得到了重要 应用。自从1 9 6 0 年美国科学家梅曼制造出世界上第一台红宝石激光器 1 以来， 光电功能薄膜材料和器件如雨后春笋般的发展起来。尤其是与光存储、磁光存储 和光致发光有关的材料和器件研究得到了快速发展。光存储至今已有百年历史 了，无论足胶片感光灵敏度、分辨率、色彩，还是照相器材的技术都获得了惊人 的进步。然而在当今信息社会，伴随着计算机技术在科研和社会生活的不但普及， 过去的模拟光学存储势必要被数字存储所替代。传统的磁记录技术( 磁带、磁盘) 在过去的3 0 年间在数字存储技术中占据了统治地位，但随着数字记录信息的剧 增，磁盘的存储容量和磁带的检索速度已跟不上发展的需求，迫切要求发展新l g 的高密度存储技术。2 0 世纪8 0 年代初期第一张数字激光视频光盘的诞_ ：标志着 光存储技术的重大突破。光盘出现后，迅速在娱乐、商业、电子出版物和计算机 外部存储行业中占领了市场。光盘一方面具有比较高的存储密度，另一方面还具 有携带方便、存储信息安全可靠等优点。在各种光盘中，磁光盘山于具有目前所 有光盘( c d 和d v d ) 的特点，并且能满足i 0 6 次重复擦写的要求，因而成为光学 存储中的佼佼者。磁光存储原理虽然由威廉斯( 1j w i l l i a m s ) 等人早在1 9 5 7 年就提出，并在次年根据居旱点原理实现了磁光记录和擦除功能。f 日由于当时的 激光技术和光学存储系统尚不成熟，再则也没有找到合适的磁光存储介质，所以 研究工作进展缓慢。直至19 8 0 年日本国际电报电话公司( k d d ) 的今村武修在论 文中发表了磁光存储驱动器装置 2 ，方表明了其具有实用化的可能。在过去的 数年间，日本科研人员发展了多种新技术柬提高磁光盘的存储密度，如磁超分辨 技术m s r 3 ，磁畴放大读写技术m a m m ( 3 s 4 6 ，畴壁位移探测技术d w d d 7 ，多值 存储、多波长读写技术。就存储介质来讲，目前可供实用的磁光记录材料主要有 r e t m ( 如t h f e c o ) ，轻r e - t m ( 如n d f e c o ) ，p t c o 多层膜和匿榴石膜等。其中r e t m 合金( t b f e c o ) 是目前应用最多的磁光记录材料，市场上出现的磁光盘产品基本 都是用这类材料制备的。尽管t b f e c o 材料是一种理想的长波磁光存储介质材料， 但在短波长区的克尔转角却很小从而限制了t b f o c o 磁光盘存储密度的进步 提高。为了增强磁光盘的存储密度，一方面要求在短波长区存储介质材料须有较 大的克尔转角，另一方面要求在克尔转角减小不是太多的同时，增大磁光盘短波 长方向的反射率。为了增强t b f e c o 在短波长区的磁光克尔转角，许多科研小组 采取了往t b f e c o 中掺重稀土元素 8 的方法。1 9 8 8 年，k a t a y & m a 9 等人首次 在f e c u 双层膜结构中观察到了磁光克尔增强效应，随后w e j l e t 和r e i m 1 0 - t e 分别在f e a g 和c o a g 双层膜结构中观察到同样的现象。受他们工作的启发。我 复旦大学博士学位论文 第一章绪论 们首次在a g t b f e c o 双层膜中也发现了类似的短波长区的磁光克尔增强效应。从 增强光盘反射率的角度，f u j i 11 等人设计了一种新型光盘。在此光盘中，氧 化银充当新型光盘的读出层。利用氧化银热分解反应一方面产生近场光，突破衍 射极限，提高光盘的存储密度。另一方面利用氧化银热分解反应产生的银散射中 心对信号光的散射，提高光盘的反射率和分辨率。e l m 1 2 等人也指出氧化银可 作为一新型磁光盘的掩膜层。除了产生近场光外，利用它热分解反应的非磁性的 银散射中心对激光信号光束的散射，不仅可以保持磁光信号的偏振，而且可获的 超过传统磁光盘l o o 倍的磁光增