納晶硅鑲嵌二氧化硅薄膜及其發(fā)光性質(zhì)研究.pdf

1、提高硅的發(fā)光效率是開發(fā)硅基光電子器件、實現(xiàn)硅基光電集成的基礎(chǔ)。構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)是提高硅的發(fā)光效率的有效途徑,鑲嵌于特定基質(zhì)中的納晶硅具有良好的發(fā)光性能,其中納晶硅鑲嵌二氧化硅薄膜是一種很有前途的硅基光發(fā)射材料,具有光學(xué)能隙寬化,較強的室溫光致和電致發(fā)光,良好的光熱穩(wěn)定性等優(yōu)點。本論文選擇納晶硅鑲嵌二氧化硅薄膜為研究對象,研究了納晶硅鑲嵌二氧化硅薄膜的制備工藝、結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性。
　　 我們利用反應(yīng)脈沖激光沉積(reactivepuls

2、edlaserdeposition,RPLD)法繼而高溫退火成功制備得到納晶硅鑲嵌二氧化硅薄膜,并在室溫下觀察到了很強的納晶硅的特征光致發(fā)光。納晶硅的平均直徑為5nm左右。結(jié)合樣品的結(jié)構(gòu)表征和特性測試,我們重點考察了薄膜沉積時的O2氣壓和退火溫度對薄膜結(jié)構(gòu)和發(fā)光性質(zhì)的影響,并探討了材料的生長機制和發(fā)光機理。結(jié)果表明,合適的O2氣壓和退火溫度是制備高效發(fā)光的納晶硅鑲嵌二氧化硅薄膜的重要條件,～0.7PaO2氣壓下沉積的薄膜經(jīng)1100℃退火

3、后發(fā)光最強。
　　 我們通過時間和空間分辨的等離子體光譜測量考察了激光燒蝕硅等離子體在真空和O2氣氛中的演變,研究了氧化硅薄膜(SiOx)的沉積過程。等離子體光譜的時間演變和空間分布顯示,在真空條件下等離子體為自由膨脹,隨著時間推移,等離子體的密度和亮度逐漸降低;一旦引入O2氣,硅等離子體在空間輸運過程中不斷與背景氣體粒子碰撞,激發(fā)、解離背景O2氣。硅等離子體在活性氧氣氛中的反應(yīng)性膨脹有利于硅和氧反應(yīng)結(jié)合,進而有效沉積具有較高氧

4、含量的SiOx薄膜。
　　 本論文還嘗試用雙激光雙靶共燒蝕沉積法繼而高溫退火制備納晶硅鑲嵌二氧化硅薄膜,并觀察到很強的納晶硅的室溫光致發(fā)光。不同于前一種制備方法,這一方法利用兩束激光同時燒蝕硅靶和二氧化硅靶,產(chǎn)生的兩種等離子體同時向襯底膨脹沉積得到納米顆粒硅鑲嵌二氧化硅薄膜,高溫退火使得原先鑲嵌于二氧化硅基質(zhì)膜中的納米顆粒硅結(jié)晶形成納晶硅進而得到納晶硅鑲嵌二氧化硅薄膜。實驗結(jié)果表明這一方法制備的材料中的納晶硅晶粒尺寸較小,晶化程