有效介质模型在AgITO复合纳米薄膜中的应用.pdfVIP

摘要  摘要  作为一类新型的功能薄膜材料，由纳米金属微粒镶嵌于半导体基体中所构 成的金属-半导体纳米复合薄膜，由于量子尺寸效应、小尺寸效应、界面效应而 具有独特的光电特性和良好的应用前景，正在引起材料学界的极大关注。本论 文主要对Ag 颗粒嵌埋在 ITO 半导体基体形成的金属-半导体纳米复合薄膜的光 学性质及其尺寸效应进行了研究。论文分三个部分，在绪论部分，我们综述了 上世纪七十年代到本世纪初国内外科研人员对金属-半导体复合薄膜制备及光 电性质研究的报道，特别关注了复合薄膜中金属颗粒的尺寸、形状及空间分布 对薄膜的电学、光学等性质影响的情况。第二章中我们简单介绍了描述复合薄 膜体系介电性质的 Maxwell-Garnett ，Bruggeman ，DEM 和 Ping Sheng 有效介质 理论以及所对应的体系微结构模型。在第三章，我们用这四种有效介质理论计 算了磁控溅射制备的不同 Ag 体积分数的 Ag-ITO 复合薄膜在 350~850nm 波长 范围内的光学常数，同时考虑了由于 Ag 颗粒尺寸对其内传导电子平均自由程 限制而产生的尺寸效应。我们讨论了Ag 的体积分数、颗粒尺寸对Ag-ITO 复合 薄膜光学常数的影响，同时将理论计算结果同实验值进行了比较，讨论四种有 效介质理论对 Ag-ITO 复合薄膜体系的适用性。结果表明不同有效介质理论适 合描述不同结构复合体系的介电特性。就金属颗粒表面等离子共振引起的吸收 峰的峰位、强度和峰形而言，对 Ag 体积分数较低的 Ag-ITO 复合薄膜光学常数 的计算，Maxwell-Garnett ，Ping Sheng 和 Bruggeman 理论比 DEM 理论结果好。 按照 Drude 自由电子模型，对Ag 颗粒介电常数的尺寸效应修正结果表明：经 过修正后，对低组分的 Ag-ITO 复合薄膜体系光学常数的计算要比没修正更符 合实验结果。但是我们又发现对 Ag-ITO 薄膜材料的光学常数的计算，考虑尺 寸效应修正后的值与实验结果之间仍存在一定的差异，文章最后我们分析讨论 了产生这些差异的原因。 关键词: Ag-ITO ，有效介质理论，颗粒尺寸效应，光学常数 I    Abstract  Abstract Due to their unique optical, electrical properties and potential applications based on quantum size effect, small size effect and interface effect, metal-semiconductor composite films consisting of semiconductor matrix and embedded metal nanoparticles are attracting increasing attention for both fundamental and practical reasons. In this paper, we research the effect of particle size on optical properties of Ag-ITO films that consist of ITO matrix and embedded Ag nanoparticles. The paper can be divided into three parts. In th