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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

zro₂是一种高熔点陶瓷，制成的zro₂薄膜具有许多特点，有着广泛的用途。zro₂在0.24-2.2微米范围的光辐射内有良好的透明性能，它的折射率、机械强度和抗激光损伤阀值都比较高，因此被应用在激光薄膜、紫外薄膜、宽带减反膜等方面。例如,溶胶-凝胶法制备的zro₂薄膜具有较高的激光损伤阈值，可与低折射率材料sio₂交替镀制成多层介质高反膜，用于强激光领域。zro₂还具有硬度高、化学性质稳定、耐氧化、固态离子导电等性能，已广泛应用于纳米材料、记忆材料、多层膜复合材料以及微电子材料等领域。此外，zro₂由于具有高的介电常数, 宽的能带间隙, 以及与si、n之间热稳定性好等优点而倍受关注，zro₂将可能替代传统的sio₂栅介质, 使得在保持等效厚度的前提下, 增加栅介质层物理厚度, 从而减小漏电流和杂质扩散, 达到抑制隧穿效应的目的。所以制备出高质量的zro₂薄膜并研究其特性具有很现实的重要意义。

随着激光薄膜的发展，尤其是“硬膜”在光学上的广泛应用，大大促进了zro₂薄膜的研究工作。到目前为止，科学研究者通过实验和理论两方面进行了研究，理论方面主要通过第一性原理，分析了zro₂薄膜透射率、折射率、反射率、光学吸收系数、损耗系数等光学性质和总态密度、分波态密度、几何结构、能带结构等电子结构，再将优化过的理论结果与已知的实验数据对比，为zro₂薄膜的应用提供了大量的理论指导。

在zro₂制备方面也有诸多不同的手段，不同的制备手法也会对zro₂性质产生不同的影响。电子束蒸发沉积制备zro₂薄膜时，在不同的工作气压和沉积速率下薄膜的表面形貌，均方根粗糙度不同。还可以采用溶胶-凝胶法制备介质膜，主要方法有有机法(采用有机源)与无机法(采用无机源)两种。与有机法相比，无机法成本低廉，获得的薄膜性能优良，但用该法所制得的zro₂膜折射率较低(1.55左右)。

2. 研究的基本内容

1. 熟悉zro₂薄膜的结构、特性及应用，学会采用基于密度泛函理论的castep软件包实现zro₂晶胞的建模和优化。

2. 利用castep模块计计算的zro₂薄膜的电子结构，并分析其能带结构和态密度。

3. 利用castep模块计计算的zro₂薄膜的光学性质，分析其折射率，透射率，损耗系数等相关光学常数，并与实验数据相比较。

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   3. 实施方案、进度安排及预期效果

   实行方案：

   （1）熟悉第一性原理方法及熟练使用materials studio（ms）软件，采用ms实现zro₂的建模及结构优化；

   （2）利用material studio中密度泛函理论的castep软件包对建好的zro₂模型进行计算与详细的分析，得到不同性质的图像和数据。

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   4. 参考文献

   [1] 吴师岗,张红鹰,夏志林,田光磊,邵建达,范正修.y₂o₃稳定zro₂薄膜的结构和光学特性.光子学报.2007.36(6)：1004-4213.

   [2] 罗爱云,沈军,杨帆,吴广明,周斌,倪星元. zro₂薄膜的改性与抗激光损伤研究.强激光与粒子束.2006.18(9)：1001-4322.

   [3] 占美琼,张东平,贺洪波,邵建达,范正修.电子束蒸发沉积工艺条件对zro₂薄膜性能的影响.中国激光.2004.31(11)：0258-7025.

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