光譜擬合法確定一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)薄膜材料的復(fù)數(shù)光學(xué)常數(shù)
為了獲得一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鑭鍶錳氧La0.8Sr0.2MnO3 薄膜材料的復(fù)數(shù)光學(xué)常數(shù)，利用光學(xué)薄膜原理和數(shù)學(xué)優(yōu)化方法，并基于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的色散模型，對(duì)磁控濺射技術(shù)制備的不同厚度的鑭鍶錳氧薄膜在波數(shù)400~1250 cm-1范圍內(nèi)的反射光譜進(jìn)行了全譜擬合，并由擬合參數(shù)確定了薄膜的復(fù)數(shù)光學(xué)常數(shù)。擬合結(jié)果顯示，測(cè)試光譜和擬合光譜較為一致，說(shuō)明鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的色散模型適用于描述La0.8Sr0.2MnO3 薄膜的光學(xué)特性，利用該色散模型并通過(guò)光譜擬合法獲得La0.8Sr0.2MnO3薄膜的復(fù)數(shù)光學(xué)常數(shù)是獲得此材料光學(xué)特性的一種有效的方法。
隨著材料技術(shù)的發(fā)展，具有特殊功能的材料被廣泛研究，并不斷地被應(yīng)用到微電子器件、傳感器件及其它光電器件中。材料的熱學(xué)性能、電磁性能和光電性能在很大程度上取決于材料的光學(xué)性能。因此，研究材料的光學(xué)性能，對(duì)材料的其它諸多性能的研究也至關(guān)重要。
材料光學(xué)常數(shù)的確定主要包括理論方法和試驗(yàn)測(cè)試兩方面。理論方法主要包括通過(guò)克喇末-克朗尼克(Kramers-Kronig)關(guān)系由材料反射率求解光學(xué)常數(shù)。但這種方法只能對(duì)厚度較大的塊體材料的光學(xué)常數(shù)分析較為適用，而對(duì)薄膜材料，基底會(huì)對(duì)測(cè)試得到的反射率曲線存在極大影響。光學(xué)常數(shù)的試驗(yàn)測(cè)試方法有很多種，主要包括橢偏法和棱鏡耦合法等。但這些方法通常只能測(cè)量材料一定譜段的光學(xué)常數(shù)，對(duì)于存在一定吸收和較大色散的材料，其光學(xué)常數(shù)的確定存在較大的困難，而且這些方法在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中受很多條件的限制，數(shù)據(jù)處理也容易受到人為因素的影響。
巨磁阻材料R1-xAxMnO3(R為三價(jià)稀土元素,A為二價(jià)堿土元素) 因具有特殊的電磁特性而備受人們關(guān)注。以La1-xSrxMnO3(LSMO)為例，該材料根據(jù)摻雜濃度x 和溫度區(qū)間的不同處于不同的電磁相，如順磁絕緣相、順磁金屬相及鐵磁金屬相等。雖然目前對(duì)該材料在電磁特性方面的研究比較多，但光學(xué)性能方面的研究還相對(duì)比較匱乏。
本文利用磁控濺射的薄膜沉積方法在石英玻璃基底上制備了其中一種特殊組分的La0.8Sr0.2MnO3 薄膜，利用SYSTEM2000 紅外光譜儀對(duì)薄膜的反射率進(jìn)行了測(cè)試，并通過(guò)光譜擬合法獲得了薄膜的自身復(fù)數(shù)光學(xué)常數(shù)-折射率n 和消光系數(shù)k。該方法主要根據(jù)薄膜的反射光譜即可實(shí)現(xiàn)，沒(méi)有其它的限制，具有廣泛的應(yīng)用性。
1、光學(xué)原理及擬合過(guò)程
1.1、光學(xué)原理
根據(jù)薄膜光學(xué)原理進(jìn)行反射率的計(jì)算方法通常采用傳輸矩陣法，但該方法沒(méi)有考慮在界面的多次反射。有效界面法( 史密斯法) 考慮了電磁波在薄膜在空氣-薄膜界面、薄膜-基底界面的多次反射，因此本論文主要利用薄膜光學(xué)理論的有效界面法。根據(jù)有效界面法的原理，薄膜的反射系數(shù)r 及光譜反射率R 可表示為
結(jié)論
本文借助鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的色散模型，利用反射光譜擬合法反演了La0.8Sr0.2MnO3 薄膜的折射率n 和消光系數(shù)k ，通過(guò)該方法得到的擬合光譜與光譜儀測(cè)試得到的反射光譜較為一致，說(shuō)明鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的色散模型適用于描述La0.8Sr0.2MnO3 薄膜的光學(xué)特性，利用該色散模型并通過(guò)光譜擬合法獲得La0.8Sr0.2MnO3 薄膜的復(fù)數(shù)光學(xué)常數(shù)是獲得此材料光學(xué)特性的一種有效的方法。
