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镍薄膜超快热化动力学及其微纳结构影响的研究

作　者: 金卫凤
导　师: 任乃飞
学　校: 江苏大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 飞秒激光泵浦探测镍薄膜瞬态反射率超快热化动力学纳米结构
分类号: TQ580
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着人类生活和生产的信息化,存储和处理的信息量日益剧增,这对存储设备的容量和读写速度提出了更高的要求,因此,磁存储设备的存储密度和响应速度成为制约信息化的瓶颈,是信息技术面临的重要问题。镍作为典型的铁磁性材料,对其超快动力学进行研究在提高信息的存取速度和微器件的响应速度与稳定性方面有着重要的借鉴意义。基于此,本文利用飞秒激光泵浦探测技术对镍薄膜及其微纳结构薄膜的超快热化动力学进行了研究。实验中应用磁控溅射方法制备了三种不同形式和结构的镍薄膜:在硅基片上直接溅射制备的一系列厚度的镍薄膜;采用高温氨气刻蚀法在两种温度下对镍薄膜进行刻蚀,制备了两种颗粒度不同的微纳颗粒结构镍薄膜;利用二步阳极氧化法自制多孔氧化铝模板并通过磁控溅射在其上镀镍,制备出系列的微纳反点阵结构镍薄膜。运用SEM和AFM对微纳结构的镍薄膜样品表面形貌和结构进行表征。应用飞秒激光泵浦探测装置对以上制备的样品开展了如下研究:测试了相同厚度的镍薄膜、金薄膜和铜薄膜的瞬态反射率,研究镍薄膜的瞬态反射率特性。结果表明,镍薄膜的超快动力学行为与金薄膜和铜薄膜有很大的差别:被激发后的镍薄膜瞬态反射率很快到达极值,并且在到达极值后很难恢复。推测这是由镍在费米能级附近的复杂的能带结构引起的,镍的电子-晶格强耦合效应导致能量容易集中在薄膜的表层,电子温度保持一个较高的值不易改变。根据电子温度和声子温度的指数变化规律,模拟系统温度随电子-声子作用时间的变化规律,考察了电子-声子作用和电子-电子作用之间的时间差对温度曲线的影响。结果电子-声子作用时间与电子-电子作用时间接近时,温度曲线达最大值后基本无改变,这与实验测得的镍薄膜瞬态反射率曲线性质一致,说明镍薄膜的电子散射时间与电子-声子时间相近。对镍薄膜的薄膜厚度对瞬态反射率的影响的进行研究。结果表明,薄膜厚度对热化时间没有影响而对反射率变化幅值有一定的影响:在光透深度以下,瞬态反射率变化幅度较大;大于光透深度以后,瞬态反射率变化幅度较小,而且厚度对瞬态反射率的变化幅值影响不明显。分别对镍厚膜、镍薄膜、镍微纳反点阵结构以及镍微纳颗粒结构的瞬态反射率进行测量,研究了体作用、纳米薄膜、纳米线和纳米点结构对超快热化动力学的影响;同时,对三种不同参数的镍微纳反点阵结构和两种颗粒度的镍微纳颗粒结构的瞬态反射率进行了测量,对微纳结构尺度的影响进行研究。测试结果表明,随着维数的减少和尺度的减小,量子限域效应对测量温度的上升时间有延缓作用。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-22
  1.1 引言  11-12
  1.2 飞秒激光泵浦探测技术  12-15
    1.2.1 飞秒激光的发展和应用  12-14
    1.2.2 飞秒激光泵浦探测研究概况  14-15
  1.3 镍薄膜超快动力学研究进展  15-20
    1.3.1 超快动力学研究进展  15-18
    1.3.2 镍薄膜超快动力学的研究  18-20
  1.4 论文研究内容及意义  20-22
第二章非平衡热化超快动力学  22-36
  2.1 电子与晶格动力学  22-29
    2.1.1 电子热化  23-25
    2.1.2 电子-声子散射  25-27
    2.1.3 双温模型  27-29
  2.2 测量技术原理  29-35
    2.2.1 飞秒瞬态反射技术的实现原理  29-31
    2.2.2 信号调制技术  31
    2.2.3 反射率变化的测量过程  31-34
    2.2.4 反射率与电子晶格温度的函数关系  34-35
  2.3 本章小结  35-36
第三章镍薄膜样品的制备与表征  36-48
  3.1 磁控溅射镍连续薄膜的制备  36-38
    3.1.1 磁控溅射技术  36-37
    3.1.2 镀膜设备和基片  37-38
    3.1.3 镍连续薄膜样品的制备  38
  3.2 氨气刻蚀微纳颗粒结构镍薄膜的制备  38-39
    3.2.1 氨气刻蚀技术及设备  38
    3.2.2 微纳颗粒结构薄膜制备  38-39
  3.3 多孔氧化铝模板微纳反点阵结构镍薄膜的制备  39-42
    3.3.1 多孔氧化铝模板结构及制备技术  39-41
    3.3.2 微纳反点阵结构镍薄膜制备  41-42
  3.4 镍薄膜样品的表征  42-47
    3.4.1 扫描电镜(SEM)分析  42-44
    3.4.2 原子力显微镜(AFM)分析  44-47
  3.5 本章小结  47-48
第四章镍薄膜的超快热化动力学研究  48-63
  4.1 实验装置与光路调节  48-52
    4.1.1 实验装置  48-50
    4.1.2 实验零点的标定  50-52
  4.2 镍薄膜超快热化动力学特性  52-56
    4.2.1 镍薄膜瞬态反射率的变化特性  52-55
    4.2.2 镍薄膜厚度对瞬态反射率变化的影响  55-56
  4.3 微纳结构镍薄膜超快热化动力学行为研究  56-61
    4.3.1 微纳结构形式对镍薄膜瞬态反射率的影响  57-60
    4.3.2 微纳结构尺度对瞬态反射率的影响  60-61
  4.4 本章小节  61-63
第五章总结与展望  63-65
  5.1 总结  63-64
  5.2 展望  64-65
参考文献  65-75
致谢  75-76
发表论文  76
参与科研项目  76

镍薄膜超快热化动力学及其微纳结构影响的研究

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