(最新整理)LiNbO3薄膜光學(xué)特性

1、(完整)linbo3薄膜光學(xué)特性(完整)linbo3薄膜光學(xué)特性 編輯整理：尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們對文中內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)校對，但是難免會有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)linbo3薄膜光學(xué)特性）的內(nèi)容能夠給您的工作和學(xué)習(xí)帶來便利。同時也真誠的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進(jìn)步的源泉，前進(jìn)的動力。本文可編輯可修改，如果覺得對您有幫助請收藏以便隨時查閱，最后祝您生活愉快 業(yè)績進(jìn)步，以下為(完整)linbo3薄膜光學(xué)特性的全部內(nèi)容。c軸取向的linbo3薄膜的光學(xué)特性swati shandilya a, anjali

2、 sharma a, monika tomar b, vinay guptaa,*a 物理和天鐵物理系,德里大學(xué)，德里110007,印度b 米蘭達(dá)女子學(xué)院，德里大學(xué)，德里 110007，印度摘要c軸取向鈮酸鋰（linbo3晶體）薄膜被沉積到外延匹配（001）藍(lán)寶石基板采用脈沖激光沉積技術(shù)。的薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性已分別使用的x射線衍(xrd）和紫外 - 可見光譜研究。拉曼光譜已被用來研究的c軸取向linbo3薄膜的光學(xué)聲子模和缺陷電影。 xrd分析表明在所生長的linbo3薄膜，這是由于壓力的存在鈮酸鋰晶體和藍(lán)寶石之間的晶格失配小。折射率（n =2。13在640 nm處)（006)鈮酸鋰晶體薄膜

3、的要稍低一些相應(yīng)的體積值（n =2。28）。各個負(fù)責(zé)在從相應(yīng)的（006）linbo3薄膜的折射率的偏差的因素散裝討論和值的偏差的主要原因是,由于存在晶格收縮沉積膜中的應(yīng)力。關(guān)鍵詞 光學(xué)特性 脈沖激光沉積 薄膜 鈮酸鋰1.引言鈮酸鋰(linbo3） 鈮酸鋰（linbo3晶體）是一個巨大的技術(shù)材料光學(xué)器件的利息.大量的文獻(xiàn)可在鈮酸鋰單晶等領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，其優(yōu)異的光學(xué)性能的晶體沿觀察c軸13。鈮酸鋰單晶的已知表現(xiàn)出通用的非線性光學(xué)性質(zhì)，因此它繼續(xù)是一個極好的材料，各種光子的應(yīng)用,如頻率轉(zhuǎn)換器，光開關(guān)，光調(diào)制器,多路復(fù)用器等人47。在他們的薄膜是有利的批量對應(yīng)不同的設(shè)備應(yīng)用程序。了解是眾所周

4、知的發(fā)揮了重要的作用的薄膜的折射率實(shí)現(xiàn)的光學(xué)設(shè)備，并且即使一個小的變化在其值會影響其應(yīng)用。鈮酸鋰晶體薄膜的折射率通過各種工人使用紫外可見光譜進(jìn)行了測量和光導(dǎo)波技術(shù)。對于聲光和電光器件的制造,這是非常重要的研究的光學(xué)與c軸取向的linbo3薄膜的性能的。幾個報告的c軸取向linbo3薄膜的生長電影使用各種沉積技術(shù)8,9,正在努力連續(xù)主要集中向增長的各種基板上包括，外延匹配藍(lán)寶石，硅，熔融石英等藍(lán)寶石襯底上已用于linbo3薄膜的沉積影片由不同的工人光學(xué)器件的應(yīng)用，因?yàn)槠涞驼凵渎屎拖嗨频木w結(jié)構(gòu)，盡管小晶格失配和較低的熱膨脹系數(shù)差在比較的linbo3 2。 shibata等。成長外延鈮酸鋰晶體薄膜

5、的（001)和(110）藍(lán)寶石晶體脈沖激光沉積法10。他們報告說，化學(xué)計量從李豐富的鈮酸鋰薄膜只能存放中得到的目標(biāo)（與li / nb的= 2），和李缺陷相asdeposited陶瓷靶，鈮酸鋰薄膜的制備li/nbb2。高頻(460810 mhz）的表面聲波(saw)器件，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了利用linbo3/sapphire層狀結(jié)構(gòu)10。筧等。 11已經(jīng)報道了外延生長的鈮酸鋰晶體薄膜的al2o3襯底上用脈沖激光沉積技術(shù)。氧自由基的量的控制由改變激光能量密度的源，其影響li濃度的沉積鈮酸鋰晶體薄膜。光學(xué)財產(chǎn)的脈沖激光沉積(0012)織構(gòu)鈮酸鋰晶體薄膜(001）,研究了sio2基板使用光導(dǎo)波技術(shù)和一個較小的值

6、的折射率（te= 2.144和tm= 2。036）散裝鈮酸鋰相比已被報道12。 schwyn等。 1沉積鈮酸鋰晶體薄膜的外延匹配的藍(lán)寶石襯底上射頻濺射技術(shù)和效果的射頻功率（50到100 w)上的折射率（= 2.302至2。260和ne = 2。100到2。200）進(jìn)行了研究。折射率脈沖激光沉積鈮酸鋰晶體薄膜也被認(rèn)為是大大受加工參數(shù)，并從2。43下降到2。21增加氧氣壓力從1105510-2毫巴和從2.07增加至2.28，增加激光能量密度為0。52。5 j/cm2的13。據(jù)悉，拉曼光譜法是一種靈敏的工具識別的膜質(zhì)量和膜中存在的缺陷，并因此光學(xué)聲子模式的研究是非常重要的14，15。在我們較早的工作

7、拉曼光譜已用于研究缺陷存在于c軸取向linbo3薄膜沉積在在硅襯底16。然而，很少關(guān)注向（006)的鈮酸鋰的拉曼光譜分析中給出薄膜沉積在藍(lán)寶石襯底外延匹配。在目前的工作中c軸取向linbo3晶體薄膜的生長外延匹配（001）的藍(lán)寶石基板上。結(jié)構(gòu)和linbo3薄膜的光學(xué)性質(zhì)的研究已被使用x-射線衍射，紫外 可見分光光度計和拉曼光譜.分散在c軸取向linbo3薄膜的折射率膜已經(jīng)研究了隨波長的光的單個振蕩器模型2.詳細(xì)實(shí)驗(yàn)步驟linbo3薄膜（001)藍(lán)寶石襯底上沉積脈沖激光沉積（pld）技術(shù)。薄膜生長在（001）13.3pa的藍(lán)寶石單晶在700的襯底溫度下氧壓采用nd：yag激光（iii 10 su

8、relite；品牌：連續(xù)流,usa)的波長266納米（第4次諧波）。高致密的陶瓷光盤（1英寸直徑。）的鈮酸鋰晶體含有過量5%對li2o已準(zhǔn)備使用常規(guī)的固態(tài)反應(yīng)途徑，并用作靶鈮酸鋰薄膜沉積.目標(biāo)的細(xì)節(jié)準(zhǔn)備報道16.聚焦的激光束短脈沖具有的脈沖寬度為10 ns的形式和重復(fù)速率為10 hz的時間是在45的角度入射在靶表面上。使用3 j cm-2時的能量密度的激光脈沖。薄膜沉積在100氧氣氛中，在壓力為13。3賓夕法尼亞州將基板保持在距離25 mmfrom靶表面.所沉積的晶體結(jié)構(gòu)和晶格參數(shù)膜進(jìn)行了研究，使用x-射線衍射（xrd）技術(shù)，使用布拉格布倫塔諾(-2）掃描的x-射線衍射儀（bruker公司d8

9、發(fā)現(xiàn)），cu靶輻射（= 1。54056）。膜厚度為采用dektak150表面輪廓儀（品牌：veeco公司）。紫外 可見光譜(品牌：perkin elmer公司，型號：lamda35)已被用來研究linbo3薄膜的光學(xué)性能的膜。 linbo3薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和相的純度沉積在藍(lán)寶石襯底上一直使用拉曼光譜研究在后向散射幾何一致的innova氬離子激光偏振光源(=514.5nm的）和分析使用一個jobin yvon公司t64000光譜儀配備了電荷耦合設(shè)備。3.結(jié)果與討論3.1。c軸取向linbo3薄膜的x射線衍射（xrd）和拉曼光譜研究c軸取向linbo3薄膜沉積厚度約0。6微米的外延匹配（001)使用

10、的藍(lán)寶石基板上脈沖激光沉積技術(shù)。生長linbo3薄膜被認(rèn)為是透明的，均勻且牢固地粘附到基板上。圖1 沉積在(001)藍(lán)寶石晶體上的（006）linbo3薄膜的xrd圖圖1示出了沉積linbo3薄膜的xrd圖譜藍(lán)寶石水晶玻璃。兩個尖銳和激烈的衍射峰對應(yīng)的（006）和（0012）面的鈮酸鋰，在2=39。18和83.86，分別觀察到（圖1），表示生長的影響紋理linbo3薄膜具有晶粒沿優(yōu)選取向生長方向與c軸藍(lán)寶石表面法線。x射線衍射峰（001）面的藍(lán)寶石水晶也觀察到在圖。 1,在2=41.88.的偏差中的地（006）衍射峰的鈮酸鋰薄膜，觀察到相應(yīng)的單晶值（38。94）,并主要與在淀積的薄膜中的應(yīng)變的

11、存在.生長的linbo3薄膜的角峰的位置(39.18)稍微高于相應(yīng)的散值，這表明淀積薄膜在一個均勻的狀態(tài)的應(yīng)力與壓縮組件平行于c軸。存在的尖銳和激烈的xrd相對應(yīng)的（006）峰和（0012）面，顯示了重要的為成核作用的底層的晶格匹配藍(lán)寶石襯底鈮酸鋰的晶體沿優(yōu)選生長（c-軸）的方向發(fā)展。晶格參數(shù)c的沉積linbo3薄膜膜計算所觀察到的(006)衍射峰，發(fā)現(xiàn)在1。37納米.將得到的值的晶格常數(shù)是略少比相應(yīng)的值（1.38 nm)的鈮酸鋰晶體單結(jié)晶和相媲美的值（1。375 nm)的觀察其他工人的鈮酸鋰晶體薄膜的2。所觀察到的較小值如生長的linbo3薄膜比較的晶格常數(shù)到相應(yīng)的單個晶體的值表示的單元電池

12、沿c軸,被壓縮的壓縮力作用在所淀積的薄膜的平面的。在壓力的估計值linbo3薄膜生長在藍(lán)寶石水晶大約是4.11010dyne/cm2.類似的結(jié)果（006）取向鈮酸鋰晶體的生長壓力的薄膜的表面上外延匹配藍(lán)寶石基板已報告了其他工人2,1719，并可能歸因于小的晶格失配之間的藍(lán)寶石單晶體和linbo3薄膜。圖2 沉積在(001）藍(lán)寶石基體上的c軸取向的linbo3薄膜的室溫拉曼光譜s對應(yīng)基板相關(guān)的聲子模式圖2示出了室溫下的拉曼光譜的c軸取向的鈮酸鋰薄膜沉積在（001)藍(lán)寶石水晶玻璃。 “譜錄得的后向散射幾何z（x + y，x + y），其中，z是入射的方向的z配置光沿著c軸垂直于膜表面，且x和y的方

13、向上沿a和b晶軸的平面中的偏振鈮酸鋰晶體薄膜.根據(jù)選擇規(guī)則4 a（lo）+9根據(jù)本e（to）允許在鈮酸鋰基頻配置。所有觀察到的聲子模的拉曼光譜（圖2）z切鈮酸鋰單晶的模式是一致的其他工人根據(jù)選擇規(guī)則20,21。貝爾納韋等.21表明，聲子模式e“（1to），e（8直接）和a1(4lo）是非常敏感的化學(xué)計量和存在的在任何類型的內(nèi)在缺陷沉積linbo3薄膜。在目前的情況下,所有的聲子模式（13基波頻率）可以清楚地看到，在生長的linbo3薄膜的拉曼光譜膜（圖2）。這些模式被認(rèn)為是尖銳，存在于位置報道了近化學(xué)計量比鈮酸鋰單晶，表明增長的質(zhì)感和(006）取向linbo3薄膜膜的藍(lán)寶石襯底上。c軸取lin

14、bo3薄膜的光學(xué)性質(zhì)的一直使用紫外 - 可見分光光度計研究。圖3 沉積在(001)藍(lán)寶石晶體上的（006）linbo3薄膜的光學(xué)透射譜圖3示出的光沉積在生長的linbo3薄膜的透射光譜透明的（001）的藍(lán)寶石晶體作為波長的函數(shù)。 “透射光譜顯示出高傳輸（n80%），在可見光區(qū)域和示出了尖銳的基本吸收邊在約285 nm處。在場的定義的干涉條紋圖案，在的透射光譜(圖3）表示的生長良好的光學(xué)質(zhì)量linbo3薄膜。情節(jié)廣場（h）與光子能量,（h的)示于圖。 4，其中，是吸收系數(shù)。的吸收系數(shù)（）計算出的透射率的值在附近的基本吸收邊和膜厚度。鈮酸鋰的厚度的薄膜的帶隙的值0.6微米的線性部分從外推估計tau

15、c圖（圖4），以（h）2 = 0被發(fā)現(xiàn)為約4。43電子伏特。 “c軸取向linbo3晶體薄膜的帶隙得到的值本研究是高于相應(yīng)的值(在范圍為3.8ev到4.0電子伏特）的鈮酸鋰單晶22報道。帶隙的值更高的壓力的存在,可能與在生長的linbo3薄膜所觀察到的x射線衍射圖案（圖1）。相似的結(jié)果，較高的光學(xué)帶隙的值（例如：= 4。22 ev和4.55 ev的）和較低的晶格參數(shù)值c（006）鈮酸鋰晶體薄膜的外延匹配的藍(lán)寶石晶報告了其他人2,16。的折射率中，n（)時的c軸取向的linbo3薄膜從觀測到的波長的函數(shù)的計算的透射光譜中的干涉條紋圖案（圖3）使用的關(guān)系23這里的最大值（tmax）的和n的值,可以

16、計算出從最小值(tmin的）值的傳輸，在相同的波長從信封上的干涉條紋。沒有和ns空氣的折射率和基板(藍(lán)寶石）的值。折光指數(shù)的估計值被認(rèn)為是約2.13在= 640nm處，這是接近的相應(yīng)值（2.16）,鈮酸鋰薄膜在藍(lán)寶石襯底上其他工人報告2。然而，所獲得的值的折射率的linbo3薄膜膜是低于報告的對應(yīng)的值（2。28）鈮酸鋰單晶2?；疚者叄◣чg隙)已被報告有關(guān)的晶格收縮或擴(kuò)大在淀積的薄膜24。在前面的章節(jié)沉積薄膜被發(fā)現(xiàn)緊張由于一個小的晶格失配之間的linbo3薄膜（006）和（001）藍(lán)寶石基板上。應(yīng)變的存在下，預(yù)計將得到更高的值光學(xué)帶隙和較低的折射率，將淀積linbo3薄膜中觀察到了目前的工作

17、。的折射率變化索引作為波長的函數(shù)（006）linbo3薄膜膜沉積在藍(lán)寶石襯底的(001）示于圖. 5。的折射沉積的c軸取向的linbo3薄膜的折射率n()的示出下面的帶間吸收的光子能量的分散體與邊緣。該行為是相似的在大量觀察無定形和結(jié)晶的氧化物材料25。折射率生長的linbo3薄膜被發(fā)現(xiàn)從2.32下降到2。12波長從400nm至660nm（圖5)中的增加。wemple等。25分析了這種類型的折射率色散數(shù)據(jù)為大量的材料，使用的是單effectiveoscillator模式生長在（001)藍(lán)寶石襯底上的（006）linbo3薄膜的折射率隨波長變化曲線3.2.單振子模型折射率在帶間的過渡區(qū)域中的分散

18、性的所觀察到的多種材料，大多是用一個單一的建模電子振蕩器。的公知的分散體的理論折射指數(shù)的具有長波長的近似由下式給出單一的長期的謝米爾關(guān)系26其中,0是平均振蕩器的位置，所以是平均振蕩器強(qiáng)度. so和0的值可以通過繪制估計圖形之間的1 /（n2的1）相對于1/2。的直線部分的斜坡此圖所給出的值1/so，而無限的波長攔截給1/soo2。因此，0，了解分散參數(shù)eo /所以也可以被計算出來其中e0 = hc /eo(c為光速，h為普朗克常數(shù),e為電子收費(fèi)）是一個有效的振蕩器能源。在光子的能量方程。可寫為h是光子的能量,ed是分散能源是帶間光學(xué)躍遷的強(qiáng)度的度量。平均所以= edeo /（振子強(qiáng)度有關(guān)的色

19、散能h2c2）.單一的振蕩器模型已嵌合的折射率色散獲得的數(shù)據(jù)（006)鈮酸鋰晶體薄膜的沉積藍(lán)寶石襯底外延匹配配件和0參數(shù)。所以和0的初始估計值的積的1 /（n2為1）的線性部分與1/2取自（006)linbo3薄膜色散的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)膜.獲得最佳的擬合曲線方程。 （4）中還示出圖. 5（實(shí)線)。實(shí)驗(yàn)分散體的數(shù)據(jù)（符號)的屈光指數(shù)顯示出良好的理論（實(shí)線）與波長區(qū)域的350nm至550nm的.以及重大的系統(tǒng)性在linbo3薄膜的折射率數(shù)據(jù)的值的偏差從觀察到在較高的波長的最佳擬合曲線（式（4）（n550納米）。的折射率相似的行為的數(shù)據(jù)作為一個函數(shù)的波長，觀察到其它氧化物的材料，如氧化鋅,二氧化鈦,鈦酸鋇,

20、鈦酸鍶等2729。所以該振蕩器參數(shù)，eo和ed確定最適合的實(shí)驗(yàn)折射率索引數(shù)據(jù)的方程. （4）是6109厘米2，5.49 ev和16.53 ev的分別（006)linbo3薄膜，這是稍有不同的從相應(yīng)的鈮酸鋰單晶的報道值。的估計值的折射率色散等參數(shù)eo /（= 9。2610-10 ev平方厘米）被發(fā)現(xiàn)與相應(yīng)的匹配非常好報告的值為其他氧化物材料26。該值分散能源（ed）計算的平均振蕩器強(qiáng)度和平均振蕩器位置被發(fā)現(xiàn)為16.53 ev的,這是低于所報告的值（25。9 ev）的鈮酸鋰單水晶25。所觀察到的結(jié)果表明：在強(qiáng)度較低帶間光學(xué)躍遷（006）linbo3薄膜相比,在linbo3單晶，并可能是由于應(yīng)變的存

21、在下，在單元電池的淀積的linbo3薄膜。有趣的功能所建議的wemple和deminico25的數(shù)量其中,nc是協(xié)調(diào)數(shù)近鄰陽離子，za是正式的陰離子的化合價，和ne的有效數(shù)陰離子的的帷幔電子.的值的離子和共價化合物為0.26和0。37，分別和任何含有可被分成不同的單陰離子種離子和共價類25。 的值(006）linbo3薄膜一直計算出的色散能（愛德)使用值nc = 4,雜= 2和ne = 8的鈮酸鋰。發(fā)現(xiàn)的估計值0。26電子伏特，這是接近的值（= 0。27 ev）的報告的鈮酸鋰單晶25。所獲得的值，是在協(xié)議預(yù)期值(= 0。26 ev）的報告離子晶體建議（006）linbo3薄膜沉積在（001）藍(lán)

22、寶石基材是離子的性質(zhì)25。一般的薄膜的折射率是已知的依賴上的三個因素（）的晶格收縮或膨脹（)包裝密度及（iii）膜的化學(xué)計量30。報告可在文獻(xiàn)31對價值較低的折射率薄膜相比，單晶由于偏差在化學(xué)計量。在目前情況下，拉曼光譜研究清楚地表明，形成高度化學(xué)計量的和內(nèi)在的缺陷免費(fèi)linbo3薄膜具有優(yōu)選c軸方向外延匹配藍(lán)寶石襯底.因此，所觀察到的在c軸取向的折射率的值的偏差相應(yīng)的單晶鈮酸鋰薄膜被相關(guān)的任一低級填充密度或晶格收縮或擴(kuò)展30。米恩等。 30研究了影響包裝密度和晶格的折射率上的收縮/膨脹氧化物薄膜。具有貢獻(xiàn)的薄膜的折射率從填充密度和晶格收縮/擴(kuò)展30其中nf，nb等和nv的折射率的薄膜，單晶體

23、和空隙（= 1），p是填充密度，和cf和cb是用于薄膜和單晶的晶格參數(shù)分別。式的第一和第二項(xiàng)。 （6）代表的貢獻(xiàn)的填充密度和晶格的折射率從常量c。因此，折射率在薄電影將增加或減少相比,大部分值，根據(jù)其中的兩個理論貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位(公式（6)）.從折射率(陰性）的估計值的和（006）linbo3薄膜的晶格參數(shù)c（在本研究中獲得的）和已知的值的索引鈮酸鋰單晶(nb的)，填充密度p的被發(fā)現(xiàn)約0.96用公式。 (6)。堆積密度的觀測值（p值= 0。96)是接近的統(tǒng)一表示，生長linbo3薄膜是致密的，具有較小的空隙數(shù)。因此，折射率中的偏差的主要貢獻(xiàn)（006）linbo3薄膜比相應(yīng)的單晶體值與壓力的存在，

24、由于膜晶格收縮。一個收縮的c軸晶格參數(shù)從已被觀察到如此沉積的linbo3薄膜x射線衍射分析,這是由于小之間的晶格失配(006）linbo3薄膜和藍(lán)寶石基片（001)。4.結(jié)論高質(zhì)地和c軸取向的linbo3薄膜已經(jīng)被沉積在（001）藍(lán)寶石單晶沉底上用脈沖激光沉積技術(shù)并且對生長參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。xrd和拉曼光譜儀分析證實(shí)了無缺陷的增長和化學(xué)計量比鈮酸鋰晶體薄膜(006)優(yōu)選方向與c軸垂直于襯底。生長linbo3薄膜壓力下，由于小的鈮酸鋰晶體的晶格失配與藍(lán)寶石。linbo3薄膜展品分散體的折射率與上面的基本吸收邊波長和色散在光的單振子模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究。一（006）linbo3薄膜的折射率值的偏差從

25、觀察到，這是由于相應(yīng)的散值主要是由于存在中的應(yīng)力的晶格收縮沉積的薄膜。的折射率的數(shù)據(jù)示出了較高的值堆積密度（0。96）(006）linbo3薄膜確認(rèn)生長良好的光學(xué)品質(zhì)的薄膜,具有較少數(shù)量的空隙。感謝所有作者感謝印度政府的海軍研究局（drdo）財政支持。其中一位作者（as）感謝印度科學(xué)與工業(yè)研究理事會（csir）的研究獎學(xué)金.參考文獻(xiàn)1 s。 schwyn， h。w。 lehmann， r. widmer， j. appl。 phys. 72 (1992) 1154.2 n.s.l.s. vasconcelus, j.s。 vasconcelos, v。 bouquet， s。m. zanett

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