微纳结构雕塑薄膜的可控生长研究及其特性分析

采用大角度电子束蒸发倾斜沉积的方法并辅以基片运动可以得到各向异性的雕塑薄膜，其多孔且形貌多样可控的结构特点使其具有很多普通光学薄膜所没有的光学特性，因而可广泛应用于微纳器件领域。.本课题组将在已有的基础上搭建实验平台镀制各种形貌的雕塑薄膜，并结合计算机建立雕塑薄膜生长的动力学蒙特卡罗三维模型，通过改变各参数如基底温度、沉积速率、基底运转速率等研究雕塑薄膜纳米尺度范围内的结构特性以实现其量化可控，并利用雕塑薄膜的制备技术实现三维光子晶体高效快捷的可控制备。目前，本研究小组通过实验与计算机仿真得到了部分形貌的雕塑薄膜，并研究了其光学特性如双折射、旋光性等。.本小组结合实验与计算机技术全面探讨雕塑薄膜的生长机理、结构特性以及光学特性等，并针对性地研究本课题组提出的复合雕塑薄膜新颖的光学特性，使雕塑薄膜在光电子学、光通信等领域得以实际应用，为微纳光器件的制备提供有效的方法。

本项目已从实验制备和计算机仿真方面对雕塑薄膜的生长机理和新颖的光学特性进行系统的研究，实现了预期的目标。在实验方面，本课题组已通过搭建电阻式和电子束热蒸发倾斜沉积实验平台，并引入周期性基片作为薄膜生长的预结构基底，成功制备出斜柱状、Zig-Zag状、螺旋状、直柱状、四方回旋状以及复合结构的雕塑薄膜，并研究了各实验参数如基底温度、沉积速率、基底运转速率和预结构参数等对雕塑薄膜结构特性的影响。进一步地，我们在带有缺陷的周期性预结构基底上进行薄膜沉积，并分析了缺陷对薄膜形貌的影响。在特性分析上，我们通过采用光度法和椭偏法测试了斜柱状薄膜的双折射特性和不同形貌手性雕塑薄膜的圆布拉格现象和圆二色性，实验测试结果能和理论计算很好吻合。这些研究结果都使得微纳结构雕塑薄膜在光通信器件、LED等光学器件以及三维光子晶体制备等方面都将有广泛的应用前景。. 在计算机仿真方面，我们在二维薄膜生长研究的基础上，建立了弹道入射的薄膜三维动力学蒙特卡罗生长仿真模型，研究了倾斜沉积情况下不同实验参数对雕塑薄膜形貌的影响，仿真结果与雕塑薄膜制备实验结果能较好吻合。通过利用本计算机仿真模型对雕塑薄膜生长过程系统地模拟，我们验证了雕塑薄膜生长过程中的阴影效应和扩散作用以及竞争生长机制，并探讨了雕塑薄膜表面粗糙度和生长指数对不同实验条件的变化规律。同时，我们通过分析基底旋转速率对薄膜形貌和生长指数的影响，得到影响雕塑薄膜从螺旋状生长模式向直柱状方式模式的转折速率。进一步地，我们在模型中引入预结构基底，论证了预结构基底对雕塑薄膜生长的调制作用。本项目的计算机仿真结果加深了人们对雕塑薄膜微观生长机制的理解，并可对实际实验制备提供理论参考和指导。