Ag-Si 纳米薄膜的磁控溅射法制备及其光学性质研究.

Ag-Si纳米薄膜的磁控溅射法制备及其光学性质研究
信息科学与工程学院王光中冯文赫
指导教师李晶
摘要：信息时代的今天，人们在追求大容量硬盘的同时对记录密度提出了更高的要求。

本文通过对Ag-Si纳米薄膜的磁控溅射法制备出在宽光谱（420nm-620nm）范围内对温度具有选择透过性的薄膜，可以有效的应用在激光热辅助磁记录中减小光斑尺寸，增加磁记录密度。

关键词:Ag-Si纳米薄膜热辅助磁记录磁控溅射
Abstract: Nowadays, the increasing need in data storage has pushed the hard disk drive(HDD) into a rapid increase in areal density. In this paper we make an Ag-Si nanofilm through magnetic controlled sputtering (MCS), which is temperature-select transparent under wide spectrum (420nm-600nm).It can be applied in heat-assisted magnetic recording (HAMR) to reduce the radius of the laser facula and increase the density of HDD.
Keywords: Ag-Si nanofilm HAMR MCS
引言
20世纪末以来，随着纳米科技的迅速发展，越来越多的纳米材料及技术已在人们的实际工作和生活中得到应用。

纳米材料是指特征维度尺寸在1～100纳米范围内的由极细晶粒组成的一类固体材料,包括晶态、非晶态和准晶态的金属、陶瓷和复合材料等,是80年代中期发展起来的一种新型多功能材料。

由于纳米结构的单元尺度(1～100nm)与物质的许多特征长度,如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当,从而导致纳米材料和纳米结构在介观领域具有奇特的力学、电学、磁学、光学、热学及化学等方面的性能, 我国科学家钱学森曾指出:“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科学技术发展的重点,会是一次技术革命,从而将引起21世纪又一次产业革命。

”1而世界各国也在积极而广泛地开展纳米技术的研究工作. 如今,纳米材料正在向国民经济和高技术各个领域渗透,并将为人类社会进步带来巨大影响。

纳米材料的研究主要有三个方向: 一是对纳米晶体的研究,以80年代初德国科学家H·Gleiter2提出纳米晶体材料的概念, 并采用人工方法首次合成纳米晶体为标志,即在实验室探索各种方法,技术制备各种材料的纳米颗粒粉体,合成块体,对材料的特殊性能进行探索;二是对纳米结构的研究,即以纳米颗粒、纳米丝、纳米管为基本单元在空间组装排列成具有纳米结构的体系,以1991年日本的Iijima 等3对碳纳米管的发现为代表;三是对纳米复合材料的研究,即利用纳米材料的物理、化学、力学性能设计纳米复合材料,如纳米微粒与纳米微粒复合、纳米微粒与常规块体复合或发展复合纳米薄膜,目前世界范围内该领域开展较为广泛.
纳米薄膜按用途可以分为两大类：纳米功能薄膜和纳米结构薄膜。

前者主要是利用纳米粒子所具有的光、电、磁方面的特性,通过复合使新材料具有基体所不具备的特殊功能。

后者主要是通过纳米粒子复合,提高材料在机械方面的性能。

纳米材料由于其产生的量子尺寸效应、表面与界面效应,具备了常规材料所不具备的奇异光学性能：
（1）宽频带强吸收 (2) 蓝移和宽化 (3)光的非线性效应（4）量子效应
由于以上的一系列性质，纳米薄膜在许多领域内都有着广泛的应用前景。

值得一提的是，基于近场光学突破衍射极限的原理，在激光与纳米薄膜结构相互作用的过程中，通过表面等离子体激发、非线性光学特性、超透镜效应等可以实现超分辨率超高记录密度的纳米存储，有望形成下一代太位级(Tb)纳米光存储器件的基础。

纳米微结构的特殊光学性质研究是纳米材料和量子器件研究的核心和
1 钱学森. 钱学森文集. 科学出版社,1991
2 Birriiner R.,Gleiter H.,et al.[J].Phys.Lett.,1984,102A:365.
3 Iijima S, Ichihashi T. Nature, 1993, 363: 603
热点，有广阔的应用前景。

特别是外场联合作用下的纳米存储技术(如光磁混合存储，光电混合存储等)将为超分辨纳米薄膜结构的应用开辟新的领域。

4金属/非金属介质纳米复合物的光学和介电特性与其微细结构密切相关,这方面已经进行了大量的理论和实验研究,归纳出四类不同微结构模型,并提出了与之相适应的有效介质理论:(1)弥散微结构与Maxwell Garnett(MG)理论5 (2)对称微结构与Bruggeman自洽理论6 (3)粒状金属微结构与沈平理论7 (4)级联微结构与微分有效媒质(DEM)理论8。

本文所研制的Ag-Si纳米薄膜属于贵金属-半导体薄膜，贵金属纳米材料作为纳米材料的重要组成部分，具有自己独特的性能:
已发现1～10nm贵金属纳米材料具有新的电子及催化性能.将贵金属纳米颗粒镶嵌在不同的基底中得到的纳米薄膜具有与体相材料不同的光电特性,从而在微光电器件的研发领域表现出了诱人的应用前景。

例如, Brust等9利用自组装方法将直径为6nm的Au颗粒沉积在玻璃基底上, 并发现该薄膜的光学、电学响应具有非金属特性。

Koshizaki等10用磁共振溅射技术成功地制备了Au/SiO2复合纳米薄膜,在绝缘SiO
基质中金纳米粒子的数密度高达14000μm-2,相邻粒子间的
2
平均距离约为8nm,该薄膜中SiO2的绝缘性质和单分散的Au纳米粒子导电性质的结合,在将共轭有机分子固定到该薄膜上之后,其电流增加约105倍。

这一结果为该复合贵金属膜用于分子电导测定奠定了实验基础,也为分子电导的测定开辟了一条新的路径。

Lin等11采用磁控溅射方法在p—Si(111)衬底上淀积5nm的Pt 膜，退火后形成PtSi薄膜，原子力显微镜和高分辨电子显微镜观察了PtSi薄膜的表面和界面特征．PtSi／p—Si肖特基势垒红外探测器制备工艺简单、响应均匀性好并且与大规模集成电路高度兼容，在长线阵和大面阵中迅速发展. 丁春志等12对Varian 3180磁控溅射台溅射的Al一Sil%合金膜进行检测，达到了工业生产要求.
4 翟凤潇,王阳,吴谊群,干福熹.纳米光存储薄膜结构的光学性质[J].光学材料,2007,V ol.44, No.12
5 P.Sheng, Phys. Rev. Lett., 45(1980),60.J. C. Maxwell Carnett,
6 Phil.Trans.Roy.Soc.London,A203(1904),385.
7 D. A. G. Bruggeman, Ann. Phys. (Leipzig), 24(1935), 636.
8 A.N.Norris,A.T.Callegari,P.Sheng,J.Mech.Phys.Solids,33(1985),525.Brust M, Bethell D , Kiely C J , Schiffrin D J . Langmuir, 1998 , 14 : 5425.
9 Brust M, Bethell D , Kiely C J , Schiffrin D J . Langmuir, 1998 , 14 : 5425.
10 D G Kim,Y Shimizu ,T Sasaki et al . Nanotech. ,2007 ,18 : 1457031
D. G. Kim,E Koyama ,Y. Kikkawa et al . Nanotech. ,2007 ,18 : 2055011
11 T. L. Lin，J. S. Park，T. George，et a1．Long-wavelength PtSi infrared detectors fabricated by incorporating a p+ doping spike grown by molecular beam epitaxy．Appl Phys Lett，1993
12 丁春志，董岩，磁控溅射铝硅合金膜的工艺研究，微处理机，1998第二期
长期以来,银粒子由于其优良的光学性质及其应用而受到人们的关注.在所有的金属材料中,Ag对可见光和红外光的反射比最高(对可见光的反射比达0.95左右,对红外光的反射比可达0.99),且其偏振效应最小.因此,Ag是可见光和近红外光区的重要光学材料.Wang等13研究了镶嵌有Ag微粒BaTiO3薄膜的光学特性,并在实验中发现基底结构会对Ag粒子的吸收光谱产生很大影响。

Lee等14在在镀C 的Cu网、单晶Si及玻璃基底上沉积了2~10nm的纳米Ag颗粒，并对粒子的尺寸、形状、复合介电常数和填充因子等影响纳米Ag颗粒光学特性的因素进行了研究。

发现特征等离子体吸收峰的峰位置随着膜厚、颗粒粒径和颗粒填充因子的增大而向长波方向移动。

分析后认为对纳米Ag颗粒复合介电常数起决定作用的是基底。

Prevel等15将Au,Ag等贵金属纳米颗粒沉积在多孔铝基底上得到纳米结构薄膜,并在其吸收光谱中观察到表面等离子体共振峰随颗粒尺寸的增大而红移。

Yang等16利用溅射法将Ag微粒沉积在SiO2基底中得到复合纳米薄膜,发现其等离子体共振吸收峰随着Ag颗粒直径的减小而减弱并蓝移,并利用Mie氏理论进行了数值模拟。

Charton等17利用磁控管溅射法制备了Ag纳米薄膜,并研究了溅射压力等实验因素对薄膜光学特性的影响。

Pedersen等18在Si基底上制备了Au,Ag纳米薄膜,并研究了其二阶非线性光学效应。

1992年Motofumi19等利用真空蒸发技术制备了Ag-SiO2复合结构膜，纳米Ag颗粒（粒径在2~30nm之间）镶嵌在柱状的SiO2薄膜中。

研究发现，Ag-SiO2复合结构膜出现了特征等离子体共振吸收峰。

膜的透过率与入射光的入射角和极化密切相关，这种选择透过性是目前的研究热点之一。

而Ag/玻璃纳米复合膜，可用于光开关器件中.1993年，Georges20等用胶体方法在Ge基底上制备了纳米Ag颗粒（颗粒直径为10~22nm），并对Ag/Ge的介电常数进行了计算和讨论。

Hodel21等在1996年利用扫描隧道显
13 Wang B , Zhang L D. Applied Surface Science, 1998, 133 : 152.
14 LEE M H,Dobson P J,Cantor B.Optical properties of evaporated small silver particles[J].Thin Solid
Films,1992
15 Prevel B , Lerme J , Gaudry M , Cottancin E , Pellarin M , Treilleux M , Melinon P , Perez A , Vialle J L , Broyer M. Scripta Mater., 2001 , 44 :1235.
16 Yang L , Liu Y L , Wang Q M , Shi H Z , Li G H , Zhang L D. Microelectronic Engineering , 2003 , 66 : 192.
17 Charton C , Fahland M. Surface and Coatings Technology , 2003 , 1742175 : 181.
18 Pedersen T G, Pedersen K, Kristensen T B. Thin Solid Films , 2000 , 364 : 86.
19 Motofumu S,Yasunori T.Anisotropy in the optical absorption of Ag-SiO2 thin films with oblique columnar structures[J].J Appl Phys,1992
20 Ashrit P V,Georges B,Simona B,et al.Dielectric constants of silver particles finely dispersed in a gelatin
film[J].J Appl Phys,1993
21 Hodel U,Memment U,Hartmann V.Local modification of Ag thin films on Si(100) by scanning tunneling microscopy[J].Phys Rev B,1996
微镜成功地对沉积在Si（100）表面上的纳米Ag膜进行了局部改性和加工。

1997年，Harfenist等22利用自组装的设备在镀C的Cu网上成功地制备了纳米Ag颗粒并发现纳米Ag晶岛为面心立方结构。

同年,Peter23运用一种新的技术———电子喷涂方法在镀ITO膜的玻璃基底上制备了纳米Ag颗粒（粒子直径为2~12nm），并分析和研究了它的光学特性及介电常数。

结果表明，电子喷涂技术可用来制备金属Ag纳米粒子。

光学测量结果证明与理论预测相符。

以纺织材料作为基材的纳米Ag薄膜是一种理想的功能材料,可用于开发太阳能电池、电磁波屏蔽纺织品和纤维传感器、抗菌材料等24。

银与不同金属、半导体和绝缘体复合,可研制和开发出特异性能的光电功能薄膜. 如Ag-Au-SiO225,Ag-BaO26,Ag-SiO227,Ag-MgF228,Ag-SiO2-Si29等.现已广泛应用于陶瓷材料、环保材料和涂料等许多领域30。

综上，对贵金属Ag纳米微粒及薄膜的制备及性质的研究已取得诸多成果。

对半导体Si纳米微粒的研究更是如此，甚至已有许多应用。

但贵金属-半导体复合纳米颗粒薄膜的制备及性质研究,尤其是对不同组分的Ag-Si体系的复合纳米薄膜的制备手段有限。

在此背景下，我们采用磁控溅射方式制备可变组分的Ag-Si 体系的纳米薄膜，对其进行探索性实验，研究不同组分的Ag-Si纳米薄膜对其光学性质的影响。

为此体系的纳米薄膜材料的深入研究及潜在应用提供参考。

22 Steven A Harfenist, Zhong LW,Robert L W,et al.Three-dimensional hexagonal close-packed superlattice of passivated Ag nanocrystals[J].Adv Mater,1997
23 Peter J H,John L H,Oleg V S,et al.Synthesis of nanometer-scale silver crystallities via a room-tempreture electrostatic spraying process[J].Adv Mater,1997
24 Banchi L. New trends in technical textiles [J] . Rivista Della Technologie, 2001, (3) :62 - 69.
Hum A P J . Fabric area network —a new wireless communications infrastructure to enable ubiquitous networking and sensing on intelligent clothing[J] . Computer Networks, 2001,35 :391 - 399.
Gould P. Textiles gain intelligence [J] . Materials Today, 2003 ,6 (10):38 - 43.
Dowling D P , Donnelly K. Deposition of anti- bacterial silver coatings on polymeric substrates [J] . The Solid Films ,2001 ,389 : 602 - 606.
Sant S B. Morphology of novel antimicrobial silver films deposited by magnetron sputtering [J] . Scripta Materrialia ,1999 , 41 (12) :1333 - 1339.
25 Xie Z B ,Wang Q Q ,Zhou Z G et al 1999 J . Wuhan Univ. 45 84(in Chinese) [谢子斌、王取泉、周正
国.Au-Ag-SiO2复合纳米金属颗粒膜的共振特征.1999 武汉大学学报4584]
26 Li L J , Wu J L 1998 Acta Optica Sinica 181551 (in Chinese)[李丽君、吴锦雷1998 光学学报181551]
27 Granqvist C G, Hunderi O 1978 Phys . Rev. B 182897
28 Sun Z Q , Sun D M, Li A X et al 1999 Vacuum 52243
29 Zhou P , You H Y, Wang S Y et al 2002 Acta Phys. Sin. 512276(in Chinese) [周鹏、游海洋、王松有等2002 物理学报512276]
30 Yang Yuwang , Liu Jingli . 2003 Industrial Catalysis 11 7 ( in Chinese)[杨玉旺、刘敬利2003 工业催化117]
1实验方法及原理
1.1磁控溅射法的基本原理
磁控溅射的基本原理是利用磁场来改变电子的运动方向，将电子的运动限制在阴极附近，束缚和延长电子的运动轨迹，从而提高电子与工作气体的电离率，有效地利用电子能量，使离子轰击靶材所引起的溅射更加有效。

对于一般的溅射方法，在冷阴极极辉光放电中，由于离子轰击阴极（靶材）表面，会从阴极表面放出二次电子。

这些二次电子在阴极位降的电场作用下被加速，沿直线运动，进入负辉光区，其在运动的过程中和中性的气体分子发生电离碰撞，产生自持的辉光放电所需的离子，由此维持放电的正常进行。

其中从阴极表面释放的二次电子的平均自由程随电子能量和气压的增大而增大。

在低气压下，离子在远离阴极的地方产生，因此它们的热壁损失较大。

同时，有很多电子可以以较大的能量碰撞阳极，所引起的损失不能被碰撞引起的次级发射电子抵消，所以离化率很低，以至于达不到自持的辉光放电所需要的离子浓度，辉光放电不能维持。

增加加速电压，电子的平均自由程也同时增大，不能有效地增加离化率，因而不能通过增加电压来维持辉光放电。

虽然增加气压可以提高离化率，但是，在较高的气压下，溅射出的粒子与气体碰撞的机会也增大，实际的溅射率也很难有较大的提高。

利用这种辉光放电的一般的直流二级溅射，通常在2-10Pa 的压力范围内进行溅射镀膜。

如果压力低于2Pa，放电不能维持。

但是如果在阴极位降区施加和电场垂直的磁场，则电子既在与电场、又在与磁场垂直的方向上产生回旋前进运动，其轨迹为一圆滚线，使电离碰撞的次数增加，即使在较低的溅射电压和气压下，也能持续放电。

对于磁场的分布，如果磁场采用与靶面平行的均匀磁场，虽然可以实现在较低的气压下维持放电，但是电子没有受到轴向力的收束，电子会从阴极两端逃逸，电子的利用率不高，得不到较高的离子电流密度和较高的沉积速率。

因此，在高速磁控溅射装置中，采用不均匀磁场，磁力线为弯曲的结构，在磁场互不垂直的空间中，回旋电子会受到电磁场的作用力，将其拉回相互正交的电磁场空间。

因此，电子可以受到有效的收集作用，电离碰撞的频率极高，容易获得非常大的轰击靶的离子电流密度，得到极高的膜沉积速率。

此外，由于磁控溅射装置中电子的这种特殊的运动方式，电子在完全丧失其动能之前，不会达到阳极（衬底），因而可以抑制由于电子轰击而引起的衬底温度的升高，降低衬底温度。

本实验中，所有样品均使用LAB600SP磁控溅射仪生长，LAB600SP磁控溅射仪的部分性能参数如下表：
表 1LAB600SP 部分性能参数
1.1.椭圆偏振光谱仪的测量原理
椭圆偏振光谱学（简称椭偏光谱学，英文为Spectroscopic Ellipsometry，简写为SE）是利用光的偏振特性，在光的反射和折射定律的基础上对固体材料的光学结构和性质进行测量、分析和研究的一门科学，其显著特点是通过测量偏振光与固体材料相互作用后的振幅和相位变化，可得到有关材料光学常数等各种信息，如吸收系数、反射率、复折射率和复介电常数等。

利用椭圆偏振光谱方法来研究材料的光学性质具有准确灵敏和实时快速的特点，因此这一技术在研究材料光学性质方面得到广泛应用并不断发展。

椭偏光谱测量技术至今已有一百多年历史，早期的消光型椭偏技术逐渐被动态光度式椭偏光谱系统所取代，并向着提高测量速度的方向继续发展。

光作为一种电磁波，可由电磁场的振动和传播来描述。

电磁场中的电矢量E 就是光波的振动矢量，它的振动方向和光的传播方向垂直，能够在与光传播方向的垂直平面内按一定的规律呈现非对称的择优振动取向，这种偏于某一方向电场振动较强的现象，被称为光偏振。

按照光的电场矢量的不同振动状态，通常把光波分成五种形式：自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。

任何一束入射到两种媒质界面的线偏振光，都可以看作是与入射面平行（P）
图 1 光束在两介质界面的反射和折射示意图
和垂直（S ）的两个线偏振光的合成光。

菲涅尔公式表明，对于两种光学各向同性的均匀媒质构成的理想光学界面，当入射光在该界面发生反射或折射时，其反射波或透射波的偏振态会发生变化。

这种变化的根本原因在于，P 光（TM 波）和S 光（TE 波）在同一界面分别有不同的菲涅尔反射和透射系数。

这也就是椭圆偏振光学测量的基本物理依据。

一束线偏振光入射到各向同性样品表面时，假定其P 光和S 光的反射系数（反射和入射光束的电场矢量复振幅之比）分别为：
（1） 将两式相除即得到两偏振光的菲涅耳反射系数比值：
（2）
其中 0t a n p p s s r r ρψδδ==
∆=- （3） ψ，∆即为通常所说的椭偏参数。

其物理意义分别反映了光与物质相互作用后，P 和S 振动分量的振幅及相位发生的变化，是实验中可测量的两个基本量，其他的一切光学参量都可由这两个参数推导得出。

材料的复介电常数为 12i εεε=+ （4） 复折射率为 n n ik =+ （5） 二者有如下关系： 2212,2n k nk εε=-= （6） 按照由理想的光学各向同性样品与透明环境媒质组成的两相模型，介电常数与椭偏参数之间有下列关系式：
（7）
其中a ε和φ分别为环境媒质的复介电常数和探测光束的入射角。

椭偏测量技术就是通过实验测量出椭偏参数，然后进一步求得样品光学常数。

2 研究条件
本实验采用磁控溅射法，采用双靶共溅射的方式, 对Ag 、Si 靶分别自由调控溅射参数，利用自制的楔形成分样品台制备不同颗粒尺度的成分渐变的Ag-Si 复合纳米薄膜样品，以保证制备环境的的一致性，通过椭偏仪的方法获得薄膜的宽光谱数据。

所有样品均使用LAB600SP 磁控溅射仪（溅射仪参数参见实验方法及原理部分）生长，经反复探索，实验条件为：Ag 靶溅射功率120W ，Si 靶溅射功率200W ，溅射时间300s ，气流量40sccm ，工作真空约8*10-3Torr 。

实验具有可重复性。

样品结构如下：
图 2 样品结构图
3 实验结果及分析
3.1 折射率虚部（k ）
对样品不同部位进行在位椭偏测试，得到样品不同区域折射率虚部(k)与温度(T)结果如图3-图7所示：
图 3 纯Ag 区折射率虚部(k)与温度(T)间关系图
可见，纯Ag 区折射率虚部受温度影响较小，而纯Ag 区对不同波长的吸收变化较大，在200℃以下，纯Ag 区对波长是800nm 的光的吸收（消光系数k ，下同）超过对波长是320nm 光吸收的十倍。

0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
k
T / ℃
图 4 纯Si 区折射率虚部(k)与温度(T)间关系图
与纯Ag 区类似，纯Si 区对同一波长的光的吸收受到温度的影响比较小，不同的是，纯Si 区对于300nm 的光的吸收较强，是800nm 光的吸收的13倍以上。

综上，纯Ag 区与纯Si 区对光的吸收都很少受到温度的影响，而对波长的选择性吸收恰好相反：在300-800nm 范围内，随波长的增长，纯Ag 区k 值递增，纯Si 区k 值递减。

那么，对于二者的过渡区域，会是什么样的结果？
图 5 富Ag 区折射率虚部(k)与温度(T)间关系图
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
k T / ℃
0.5
1.0
1.5
2.02.5
3.03.5
4.0
4.5
5.0
k T / ℃
图 6 富Si 区折射率虚部(k)与温度(T)间关系图
由图5可见，当温度在100℃以上时，富Ag 区对300-800nm 的光的吸收发生了明显的变化，k 值曲线开始扭曲而不再是一条近似平行于x 轴的直线，不同波长的光对应的k 值均有不同程度的降低，200℃时600-800nm 的k 值下降显著。

说明富Ag 区对光的吸收受温度影响较大。

由图6，相比于纯Si 区，富Si 区对光的吸收受到温度的影响同样变大，长波长的光对应的k 值变大，短波长的光对应的k 值降低。

对于300-800nm 的光，对应的k 值在1.15-1.95范围内。

图 7 中间区折射率虚部(k)与温度(T)间关系图
1.15
1.201.251.301.351.401.451.501.551.601.651.701.751.801.851.901.95k
T / ℃
0.2
0.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.2k
T / ℃
可以看到，在T=205℃时，中间区对波长在420-800nm 范围内的光波的吸收基本一致，保证了宽光谱低吸收。

而且，在T=205℃两端，波长在360-620nm 范围内的k-T 曲线呈V 型，即只有在温度T=205℃时吸收最低，这种对温度的选择透过性可以应用在热辅助磁记录中，在磁性材料表面镀该薄膜，可以保证在激光在光斑中心处温度较高(T=205℃)位置透过，对里面的磁性材料进行热辅助磁记录,有效地降低了透射光斑的直径，提高了存储密度，另一方面，由于温度过高时薄膜对激光的吸收也会增强，这样可以有效的避免内层磁性记录介质温度过高，保护磁盘数据。

该薄膜可在420-620nm 范围内实现该功能（波长为520nm 处温度的选择性最好），因此对热辅助磁记录激光器的要求降低，更加有利于实现HAMR 。

我们看到，在0-205℃范围内，波长越长，k 值减小越显著。

K 值的剧烈变化可以有效的锐化光斑边缘，提高信噪比。

以上可见，Ag-Si 复合纳米薄膜得到了纯Ag 和纯Si 都没有的效果。

那么，组分的渐变对该膜系对光的吸收会造成什么样的影响？
图 8 200℃时折射率虚部(k)与波长(λ)间关系图
如图8所示，对于波长300-550nm 的光波，中间区的吸收最低，且中间区对波长400-800nm 范围内的光的吸收变化较小。

纯Ag 区，富Ag 区，以及纯Si 区
0.00.51.01.52.02.53.0
3.5
4.04.5
5.0k
nm
对400nm 的光波吸收相同（此时富Si 区k 值也比较接近），中间区对光的吸收较弱。

当温度升高到250℃时，中间区与富Si 区及纯Si 区对440nm 的光的吸收比较接近。

如图9：
图 9 250℃时折射率虚部(k)与波长(λ)间关系图
纯Ag 区，富Ag 区，中间区，富Si 区，纯Si 区的440nm 处对应的k 值分别为：2.33719，2.29306，1.66665，1.72829，1.7253。

即在250℃时，Ag-Si 膜系中Si 含量较高时，薄膜对440nm 的光的吸收受组分的变化最小。

纯Ag 区，富Ag 区，中间区，富Si 区，纯Si 区的400nm 处对应的k 值分别为：1.92675，1.85265，1.37959，1.64169，2.04782。

即在250℃时，薄膜对400nm 的光的吸收受组分的变化最小。

当工业生产中难以精确控制组分比例时，可以采用此点以减小组分的变化造成的影响。

0.00.51.01.52.02.53.0
3.5
4.04.5
5.05.5k
/nm
图 10 波长(λ)为520nm 时折射率虚部(k)与温度(T)间关系图
可见，温度为200℃时，中间区吸收最弱，V 型曲线可避免温度过高对磁盘
造成损坏，同时又保证温度不致过低，对热辅助磁记录有很大帮助。

图 11 中间区折射率虚部(k)与波长(λ)间关系图
中间区在低温（0-100℃）和高温（250-400℃）时对波长为450nm 的光波的吸收程度随温度变化很小，在200℃时吸收最少。

1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
k
T/℃
0.00.51.01.52.0
2.5
3.0
3.5
k
/nm
3.2 折射率（n ）
图 12 中间区折射率实部(n)与温度(℃)间关系图
由上图可以看到，200℃时，对于波长440-800nm 的光，中间区折射率实部变化很小。

图 13 中间区折射率实部(n)与波长(λ)间关系图
如上图所示，在中间区，410nm 处，温度对折射率实部（n ）的影响最小。

0.6
0.81.01.21.41.6
1.8
2.02.2n
T/℃
0.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.02.12.22.3n
nm
图 14 波长(λ)为300nm 时折射率实部(n)与温度(T)间关系图 如图14，对于波长为300nm 的光，中间区折射率实部最小，且在温度为200℃时存在谷值。

4 结论
实验通过对Ag-Si 纳米薄膜的磁控溅射法制备及其光学性质研究，得到以下结论：
在T=205℃时，中间区对波长在420-800nm 范围内的光波的吸收基本一致,而且在T=205℃两端，波长在360-620nm 范围内的k-T 曲线呈V 型，这种对温度的选择透过性可以应用在热辅助磁记录中，在磁性材料表面镀该薄膜，可以保证在激光在光斑中心处温度较高(T=205℃)位置透过，对里面的磁性材料进行热辅助磁记录,有效地降低了透射光斑的尺寸，提高存储密度，另一方面，由于温度过高时薄膜对激光的吸收也会增强，可以有效的避免内层磁性记录介质温度过高，保护磁盘数据。

该薄膜可在420-620nm 宽谱范围内实现该功能（波长为520nm 处温度的选择性最好），因此对HAMR 激光器的要求降低，更加有利于实现。

对于中间区，在0-205℃范围内，波长越长，k 值减小越显著。

K 值的剧烈变化可以有效的锐化光斑边缘，提高信噪比。

在250℃时，Ag-Si 膜系中Si 含量较高时，薄膜对440nm 的光的吸收受组分的变化最小。

在250℃时，薄膜对400nm 的光的吸收受组分的变化最小。

当工业生产中难以精确控制组分比例时，可以采用此点以减小组分的变化造成的影响。

中间区在低温（0-100℃）和高温（250-400℃）时对波长为450nm 的光波的
1.0
1.21.41.61.8
2.02.22.4n
T / ℃。