Effect of microstructure of TiO2 thin films on optical band gap energy

TiO2 coatings are prepared on fused silica with conventional electron beam evaporation deposition. After annealed at different temperatures for four hours, the spectra and XRD patterns of TiO2 thin film are obtained. XRD patterns reveal that only anatase phase can be observed in TiO2 coatings regardless of the different annealing temperatures, and with the increasing annealing temperature, the grain size gradually increases. The relationship between the energy gap and microstructure of anatase is determined and discussed. The quantum confinement effect is observed that with the increasing grain size of TiO2 thin film, the band gap energy shifts from 3.4 eV to 3.21 eV. Moreover, other possible influence of the TiO2 thin-film microstructure, such as surface roughness and thin film absorption, on band gap energy is also expected.

Investigation on microstructure and optical properties of titanium dioxide coatings annealed at various temperature

TiO2 coatings were prepared on fused silica with conventional electron beam evaporation deposition. After TiO2 thin films were annealed at different temperatures for 4 h, several properties were investigated by X-ray diffraction (XRD), spectrometer.. photoelectron spectroscopy (XPS) and AFM. It was found that with the annealing temperature increasing, the transmittance of TiO2 coatings decreased, and the cutoff wavelength shifted to long wavelength in near ultraviolet band. Especially, when coatings were annealed at high temperature, the optical loss is very serious, which can be attributed to the scattering and the absorption of TiO2 coatings. XRD patterns revealed that only anatase phase was observed in TiO2 coatings regardless of the different annealing temperatures. XPS results indicated that the fine chemical shift of TiO2 2p(1/2) should be attributed to existence of oxygen vacancies around Ti+4 ion. The investigation on surface morphology by AFM showed that the RMS of titania thin films gradually increases from less than 0.40 nm to 5.03 nm and it should be ascribed to the growth of titanium dioxide grain size with the increase of annealing temperature. (C) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

退火对电子束热蒸发193nm Al2O3/MgF2反射膜性能的影响

设计并镀制了193nm Al2O3/MgF2反射膜,对它们在空气中分别进行了250-400℃的高温退火,测量了样品的透射率光谱曲线和绝对反射率光谱曲线.发现样品在高反射区的总的光学损耗随退火温度的升高而下降,而后趋于饱和.采用总积分散射的方法对样品在不同退火温度下的散射损耗进行了分析,发现随着退火温度的升高散射损耗有所增加.因此,总的光学损耗的下降是由于吸收损耗而不是散射损耗起主导作用.对Al2O3材料的单层膜进行了同等条件的退火处理,由它们光学性能的变化推导出它们的折射率和消光系数的变化,从而解释了相应

Annealing effects on electron-beam evaporated Al2O3 films

The effects of post-deposited annealing on structure and optical properties of electron-beam evaporated Al2O3 single layers were investigated. The films were annealed in air for 1.5 h at different temperatures from 250 to 400 degrees C. The optical constants and cut-off wavelength were deduced. Microstructure of the samples was characterized by X-ray diffraction (XRD). Profile and surface roughness measurement instrument was used to determine the rms surface roughness. It was found that the cut-off wavelength shifted to short wavelength as the annealing temperature increased and the total optical loss decreased. The film structure remained amorphous even after annealing at 400 degrees C temperature and the samples annealed at higher temperature had the higher rms surface roughness. The decreasing total optical loss with annealing temperature was attributed to the reduction of absorption owing to oxidation of the film by annealing. Guidance to reduce the optical loss of excimer laser mirrors was given. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

氧碘激光器相位延迟片的制备与性能研究

多层介质反射镜在非正入射的时候，两个不同的偏振态之间会产生不同的相移。利用矩阵法，根据菲涅耳公式和电磁场边界条件，推导出p，s波的相移。通过优化设计．入射角为54°，在1285～1345nm之间p，s波获得了270°±1°的相移，同时也使反射率在99．5％以上。用离子束溅射技术制备相位延迟膜，用分光光度计测试了光谱特性和用椭偏仪测试了相位特性，在相应波段获得了262．4°±1．8°的相移，同时也使反射率在99．6％以上。误差的主要来源是离子源工作特性会产生不均匀的过渡层和最外层会吸收一些水气、灰尘等也产生

反射式相位延迟器的性能研究

多层介质反射镜在非正入射的时候，两个不同的偏振态之间会产生不同的相移。通过优化设计，入射角为45°，在1285～1345nm之间p，s波获得了270°±0．15°的相移和99．5％以上的反射率。对使用的膜系进行了每层光学厚度的误差分析。用离子柬溅射技术制备相位延迟膜，在大气中对样品进行不同温度的退火，用分光光度计测试了光谱特性和用椭偏仪测试了相位特性。结果表明，未退火的样品在相应波段获得了267．5°±0．5°的相移和99．6％以上的反射率；根据拟合分析，最外层的误差和折射率与设计值的偏差是发生相移偏小的

退火对电子束热蒸发Al2O3薄膜性能影响的实验研究

用电子束热蒸发方法镀制了Al2O3材料的单层膜，对它们在空气中进行了250～400℃的高温退火。对样品的透射率光谱曲线进行了测量，计算了样品的消光系数、折射率和截止波长。通过X射线衍射仪(XRD)测量分析了薄膜的微观结构，采用表面轮廓仪测量了样品的表面均方根粗糙度。结果发现随着退火温度的提高光学损耗下降，薄膜结构在退火温度为400℃时仍然为无定形态，样品的表面粗糙度随退火温度的升高而增加。引起光学损耗下降起主导作用的是吸收而不是散射，吸收损耗的下降主要是由于退火使材料吸收空气中的氧而进一步氧化，从而使薄膜

Influence of annealing temperature on structure, optical loss and laser-induced damage threshold of TiO2 thin films

TiO2 thin films are prepared on fused silica with conventional electron beam evaporation deposition. After annealed at different temperatures for 4h, the spectra and XRD patterns of the TiO2 thin film are obtained. Weak absorption of coatings is measured by the surface thermal lensing technique, and laser-induced damage threshold (LIDT) is determined. It is found that with the increasing annealing temperature, the transmittance of TiO2 films decreases. Especially when coatings are annealed at high temperature over 1173K, the optical loss is very serious. Weak absorption detection indicates that the absorption of coatings decreases firstly and then increases, and the absorption and defects play major roles in the LIDT of TiO2 thin films.

Influence of deposition conditions on the microstructure of oxides thin films

Thin films of ZrO2, HfO2 and TiO2 were deposited on kinds of substrates by electron beam evaporation (EB), ion assisted deposition (IAD) and dual ion beam sputtering (DIBS). Then some of them were annealed at different temperatures. X-ray diffraction (XRD) was applied to determine the crystalline phase and the grain size of these films, and the results revealed that their microstructures strongly depended on the deposition conditions such as substrate, deposition temperature, deposition method and annealing temperature. Theory of crystal growth and migratory diffusion were applied to explain the difference of crystalline structures between these thin films deposited and treated under various conditions. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

沉积温度对热舟蒸发MgF2薄膜性能的影响

采用热舟蒸发方法沉积了氟化镁（MgF2）材料的单层膜，沉积温度从200℃上升到350℃，间隔为50℃。测量了样品的透射率和反射率光谱曲线，进行了表面粗糙度的标定，并在此基础上进行了光学损耗及散射损耗的计算。同时对355nm波长处的激光诱导损伤阈值进行了测量。结果表明：随着沉积温度的升高，光学损耗增加;在短波长范围散射损耗在光学损耗中所占比例很小，光学损耗的增加主要由吸收损耗引起；在355nm波长处的损伤阈值变化与吸收损耗的变化趋势相关，损伤机制主要是吸收起主导作用。样品的微缺陷密度也是影响损伤阈值的一个重要因素，损伤阈值随缺陷密度的增加而降低。

热舟蒸发LaF_3薄膜的紫外性能研究

研究了沉积温度对热舟蒸发氟化镧薄膜结构和光学性能的影响,沉积温度从200℃上升到350℃,间隔为50℃.采用分光光度计测量了样品的透射率和反射率光谱曲线,并在此基础上进行了光学损耗、光学常数以及带隙和截止波长的计算.采用表面轮廓仪进行了表面形貌和表面粗糙度的标定,采用X射线衍射(XRD)方法测量了不同沉积温度下样品的微结构.发现在短波长波段,随着沉积温度的升高,光学损耗增加,晶粒尺寸增大,表面粗糙度略有增加.不过散射损耗在光学损耗中所占比例均很小,光学损耗的增加主要由吸收损耗引起.随着沉积温度的升高,折射率与消光系数增大,带隙变小,相对应的截止波长向长波方向移动.

Annealing effects on the optical and structural properties of Al2O3/SiO2 films as UV antireflection coatings on 4H-SiC substrates

Al2O3/SiO2 films have been prepared by electron-beam evaporation as ultraviolet (UV) antireflection coatings on 4H-SiC substrates and annealed at different temperatures. The films were characterized by reflection spectra, ellipsometer system, atomic force microscopy (AFM), X-ray diffraction (XRD) and Xray photoelectron spectroscopy (XPS), respectively. As the annealing temperature increased, the minimum reflectance of the films moved to the shorter wavelength for the variation of refractive indices and the reduction of film thicknesses. The surface grains appeared to get larger in size and the root mean square (RMS) roughness of the annealed films increased with the annealing temperature but was less than that of the as-deposited. The Al2O3/SiO2 films maintained amorphous in microstructure with the increase of the temperature. Meanwhile, the transition and diffusion in film component were found in XPS measurement. These results provided the important references for Al2O3/SiO2 films annealed at reasonable temperatures and prepared as fine anti-reflection coatings on 4H-SiC-based UV optoelectronic devices. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Aplicações do formalismo de Keldysh ao transporte e ao bombeamento de calor em nanoestruturas

Num regime balísstico e a baixas temperaturas, a fórmula de Landauer dá uma boa descrição do transporte de calor para nano-junções conectadas a dois fios acoplados a banhos térmicos a temperaturas diferentes. Partindo de um modelo microscópico e utilizando o método de funções de Green fora do equilíbrio, é possível obter uma expressão para a condutância térmica na nano-junção equivalente a fórmula de Landauer. Esta depende dos valores das constantes de acoplamento entre os modos de fônons da região central e dos fios, além do gradiente térmico. A expressão para a condutância térmica é muito semelhante aquela obtida para a condutância elétrica. Neste trabalho nós apresentamos o método para o cálculo de grandezas relacionadas ao transporte térmico em um regime onde não há um gradiente de temperatura entre os reservatórios mas o sistema sofre uma perturbação dependente do tempo. Ou seja, com uma escolha conveniente da parametrização temporal dos termos de acoplamento entre a nano-junção e os fios é possível produzir uma corrente de calor na ausência de diferença de temperaturas entre os banhos térmicos aos quais os fios estão conectados. Esse fenômeno caracteriza o bombeamento de calor. Desenvolvemos uma teoria de transporte dependente do tempo para descrever o bombeamento. A teoria é geral, dependendo da densidade de fônons, da intensidade e dependência temporal do acoplamento. Aplicamos o formalismo em um modelo simples demonstrando que, em princípio, é possível bombear calor através de uma cadeia linear de átomos sem gradiente térmico.

Identificação da formação de titanato de bário a partir de mistura reacional calcinada em diferentes temperaturas via difração de raios X, espectroscopia fotoacústica e análise térmica

Os materiais ferroelétricos têm sido utilizados em muitas áreas da tecnologia e da ciência, pois possuem um grande número de aplicações, como: sensores; transdutores; capacitores; dispositivos ópticos; dentre outras. A busca por novos materiais cerâmicos ferroelétricos tem sido grande. Um dos materiais cerâmicos ferroelétricos mais estudados é o titanato de bário (BT). São vários os métodos de produção e caracterização do titanato de bário. Neste trabalho, pós cerâmicos de titanato de bário foram obtidos por reação do estado sólido a partir de misturas reacionais calcinadas em diferentes temperaturas entre 400C e 900C. Foram três as misturas reacionais: não dopadas; dopadas com 1%; e dopadas com 5% de dióxido de cério (CeO2). A identificação da formação do BT, nos pós cerâmicos produzidos, foi feita a partir de três técnicas de caracterização: difração de raios X (DRX); espectroscopia fotoacústica (PAS); e técnicas de análise térmica. Com a técnica DRX, difratogramas mostraram que a plena formação do titanato de bário ocorreu a partir da temperatura de calcinação de 700C. Para a amostra não dopada com cério e calcinada a 800C, houve deslocamento de todos os picos de difração. Nas amostras dopadas com dióxido de cério houve deslocamento de todos os picos de difração, em relação as amostras não dopadas. Observou-se também que nas amostras dopadas com 5% de CeO2, e calcinadas a 700C e 800C, resíduos de dióxido de cério foram observados nos difratogramas. Com a técnica PAS, espectros de absorção foram obtidos. Foi possível observar uma grande diferença de absorção da amostra calcinada a 600 e 630C, indicando a formação do titanato de bário a partir da temperatura de 630C, nas amostras sem a dopagem dióxido de cério. Houve um alargamento nas bandas de absorção a partir da temperatura de 600C, quando o dióxido de cério entrou na matriz. Foi também possível determinar as energias de band-gap das amostras utilizando o método de Tauc. Com as técnicas de análise térmica, em especial através da técnica termogravimétrica (TG/DTG), foi comprovado que até 400C não havia formação de titanato de bário. Visto que nesta temperatura de calcinação houve a maior perda de massa durante a rampa de aquecimento. O início da formação do titanato de bário foi observado a partir da temperatura de calcinação de 500C, assim como nas técnicas DRX e PAS. Portanto, com os resultados apresentados, foi demonstrada a identificação da formação do titanato de bário nas misturas reacionais calcinadas, com auxílio das potencialidades das três técnicas utilizadas.

Effect of surface plasmon resonance in TiO2/Au thin films on the fluorescence of self-assembled CdTe QDs structure

23rd Congress of the International Comission for Optics (ICO 23)