| 题名 | 超分辨近场结构记录性能与机理研究 |
| 作者 | 张锋 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007 |
| 授予单位 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 |
| 导师 | 干福熹 |
| 关键词 | 近场 超分辨 超分辨近场结构 孔径型掩膜 散射型薄膜 只读超分辨光盘 金属纳米粒子 |
| 中文摘要 | 本论文主要进行了以下三方面的工作：孔径型掩膜材料的超分辨性能研究；散射型薄膜材料的超分辨性能研究；基于两类材料的只读超分辨光盘研究。最后总结比较了两类材料在Super-RENS中的作用、机理以及研究方法的不同之处。 论文首先综述了近场光存储，掩膜超分辨以及超分辨近场结构技术和机理方面的最新研究进展，指出了存在的不足之处，提出了本文的主要研究内容。Super-RENS中主要包括孔径型掩膜层和散射型记录层，他们在记录和读出中的作用是不同的，而在以往的研究中往往放在一起，我们在论文中将两种材料分开来研究，以便更好的阐述他们各自在Super-RENS中的作用，比较两类材料异同之处。 在研究孔径型掩膜材料时，采用Super-RENS静态记录的实验方法来判断掩膜材料的超分辨性能。通过对各类掩膜材料Sb, Bi, AgInSbTe,Ti, Si超分辨近场结构的静态记录实验研究，发现具有高的平衡载流子浓度，低透过率（高吸收），且高电阻的半导体材料具有很好的缩小光斑的作用，如Sb和AgInSbTe；而透过率较高的半导体材料Si、电阻很低的半金属材料Bi以及金属材料Ti不具有缩小光斑的作用。在进行机理分析时，我们对Ou的理论进行了修正，既考虑传输场对记录点的影响，也考虑了倏逝场对记录点的影响：Sb和AgInSbTe缩小光斑的效果是由于非线性倏逝场引起的，Si不能缩小光斑是由于它的线性传输场较高造成的，半金属材料和金属材料的倏逝场虽然具有增强作用，但其增强是线性的，所以也不具有缩小光斑的作用。根据前面的理论指导，计算模拟了通过各种掩膜后到达记录层的光场分布，计算结果和实验结果吻合的很好。 在进行静态记录前我们研究了薄膜厚度对Sb,Bi和AgInSbTe光谱、能带结构，和电学性质的影响，结果发现了一些奇特的材料性质转变：Sb块体时是半金属，但很薄时会变成半导体，且溅射后薄膜为非晶态，超过一定厚度就转变为半金属且溅射后薄膜为晶态；而Bi薄膜则不存在这种转变，无论厚薄都为半金属（块体时也为半金属）；AgInSbTe块体时就是半导体，薄膜时仍为半导体，厚度只对半导体类型和能带宽度产生影响。采用量子尺寸效应对Sb的半金属—半导体转变和AgInSbTe的能带宽度随着薄膜厚度增加而减小的规律进行了解释。对于Bi的半金属—半导体的转变是有争议的，在我们的实验条件下没有发现转变的发生，这可能是表面效应或晶格缺陷造成的。 散射类薄膜（AgOx）在激光照射下会形成一个小的Ag孔，同时析出金属Ag粒子，这个Ag孔相当于一个超分辨小孔，在读出过程中会起到压缩（减小）光斑的效果，同时析出的Ag粒子也会有近场增强效应。采用有限时域差分（FDTD）法模拟了平行光照射Ag颗粒子的近场光强分布以及粒子间距对光耦合的影响。模拟了高斯光束通过了Ag孔的近场光分布情况，结果表明光斑尺寸通过小孔后会被大大压缩，给出了Z=-20nm到Z=50nm近场区域的光斑形状和强度分布图，在入射面（Z=-20 nm）处，存在很强的边界增强，能量最强处分布在边界；在出射面（Z=0nm），边界增强效应已经明显减弱，能量逐渐向中间集中；随着离开出射面的距离进一步增大，边界增强效应也进一步减弱，能量进一步向中间集中，光斑形状也从椭圆向圆形转变。此外还研究了不同氧分压比下AgOx薄膜热作用前后微观形貌、光谱、结构的变化以及Ag粒子的析出现象，这也是实际应用中重要的工艺参数。 将上述两类材料用在只读式超分辨光盘上，研究两类材料的超分辨性能和读出不同之处：AgOx超分辨读出过程中形成一个固定尺寸的Ag孔（环），这个小孔相当于一个超分辨光阑，可以缩小光斑尺寸，而且分解产生的Ag粒子会对信号有增强作用，但是AgOx在激光照射下分解是一个不可逆的过程，形成的小孔不能关闭恢复到初始状态，而孔径类掩膜如AgInSbTe和Sb在高功率激光的照射下会形成一个动态的光孔，当激光照射到薄膜时，薄膜熔化，小孔打开，当激光移开薄膜又返回到固态，小孔关闭，这是一个可逆的过程，这种孔径型掩膜材料更容易实现分超辨点的读出，更容易控制，信噪比也更高，采用AgInSbTe作掩膜的只读超分辨光盘最高可以达到43dB。 最后比较和总结两类材料在Super-RENS中所起的作用、机理和研究方法的不同之处：孔径型掩膜在Super-RENS中作超分辨掩膜或超分辨反射层，起减小光斑的作用，采用了修正后的半导体载流子模型的研究方法；散射型薄膜形成记录点，并析出Ag粒子，在Super-RENS起近场增强和缩小光斑作用，采用了FDTD模拟的研究方法。 |
| 语种 | 中文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.siom.ac.cn/handle/181231/15365]  |
| 专题 | 上海光学精密机械研究所_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张锋. 超分辨近场结构记录性能与机理研究[D]. 中国科学院上海光学精密机械研究所. 2007. |
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