吴雪梅[1]2002年在《金属和半导体颗粒复合硅基薄膜的结构及发光特性的研究》文中进行了进一步梳理光电子信息材料是本世纪最受关注的材料之一，光电子集成器件在信息时代有极其重要的作用。由于硅的平面集成工艺已相当成熟，所以从工艺兼容性考虑，用硅基材料作为发光器件将是最佳的选择，而其获得应用的关键是提高发光效率。我们利用双离子束共溅射和射频磁控共溅射技术制备了一系列含有半导体Si、Ge颗粒及金属颗粒Al的薄膜，即Si-SiO_2薄膜、Ge-SiO_2薄膜和Al-Si-SiO_2薄膜，分别对它们的结构、光吸收以及发光性质进行了研究。一．利用双离子束溅射沉积技术，通过共溅射方法制备了Si-SiO_2薄膜，研究了沉积时间、工作气压P_(Ar)、基片温度等对沉积速率的影响，用TEM和XRD分析了样品的结构。当温度较低时(沉积时的基片温度Ts＜450℃，后处理退火温度Ta＜800℃时，制备的样品均为非晶结构，当温度较高时(Ts≥450℃，Ta≥800℃)薄膜样品中才出现Si的结晶颗粒。利用射频磁控溅射技术制备了Ge-SiO_2样品，当退火温度T_a＜600℃时，样品无明显晶态衍射峰；随着退火温度从600℃升高至800℃、1000℃时，样品中开始有晶粒出现，样品中Ge纳米晶粒平均尺寸从3.9nm增大到4.7nm、6.1nm。XPS结果表明：经低温退火的薄膜中含有较多的GeO_2和较少的Ge、Ge_2O_3与GeO，提高退火温度，样品中GeO_2、Ge_2O_3减少而单质Ge增加，而GeO含量和SiO含量，则为先增加后急剧减少。利用双离子束共溅射法所制备的Al-Si-SiO_2薄膜样品中，掺入的Al和Si主要是以单质Al和SiO_2的形式存在。二．光吸收特性研究表明，因量子限域效应，对于Ge-SiO_2薄膜观察到较强的光吸收和光吸收边随Ge颗粒尺寸变小而蓝移的现象。对于Si-SiO_2薄膜和Al-Si-SiO_2复合薄膜，其吸收边与块状Si晶体的吸收边相比也发生了不同程度的蓝移，蓝移量与样品制备参量有关。通过与Ge-SiO_2薄膜的吸收曲线及光学带隙的对比，可估计其能隙在1.5-2.8eV之间，这可能是由于样品内存在大量的缺陷余属和半导体颗粒复合硅基薄膜的结构及发光特性的研究‘一户文摘要或杂质，以及极少量的Si颗粒团簇，而它们的载流子受到限域效应的作用，从而造成了样品能隙的展宽和吸收边的蓝移。 叁根据Pl谱，分析了Si一510:薄膜样品的室温光致发光现象，样品有一320，翻，一410nm，一56Onm和一630nm四个PL峰，它们的PL峰是相互分离的。样品的32Onm和41OIml的PL发光峰来源于材料中的中性氧空位缺陷;560nln的光来自于Si一510:膜中大量siox(x<2)相的存在所产生的大量缺陷;63Onm的发光可能与样品中的NBOHC(非桥氧空位缺陷)有关，作为一个富氧的缺陷中心它必定是弱而不稳定的。 对于Ge一510:薄膜在室温下能观测到394nm的紫光发射，经退火处理后能观测到58Onln的黄光发射。测试分析表明，紫光由GeO缺陷引起，黄光和Ge纳米晶粒的出现相联系，可能来源于Gc纳米晶粒与510:基质界面处的缺陷，吕e一510:薄膜样品的PL峰位只与发光中心相关。 通过研究发现，Al一Si一510:薄膜存在叁个相互分立的发光中心，分别位于37Onm，4lonm，slonm。这叁个PL峰中除410nm与51一510:薄膜的PL峰相同外，又多出了37Onnl和slonm两个PL峰，并且510nm峰是主要的发光峰。PLE结果表明，37Onm和410nm的Pl，峰与样品中的氧空位缺陷有关，而510nm的PL峰则是由于铝的掺入改变了样品中的缺陷状态所致，是Al、si、O共同而复杂的作用结果。 四.用不同的方法制备的51一5102薄膜、Ge一510:薄膜和Al一51一5102薄膜，在较低的电压万均观察到了室温可见电致发光现象，峰位都在510nm左右，其峰位不因薄膜样品内所含颗粒的种类、薄膜的制备方法、偏压及后处理的影响，表明电致发光主要来源于电子和空穴在510、基质中的发光中心的辐射复合发光。讨论了光致发光和电致发光存在差异的原因。实验发现，当薄膜中掺入金属颗粒铝时，薄膜的发光效率得以提高，并且随着铝含量的增加，薄膜的发光效率亦相应增强。表明A1的掺入尽管未改变发光中心的结构但却有助于改善薄膜的导电状态，增加了发光中心，从而提高了薄膜的发光效率。
陆梅君[2]2003年在《硅基薄膜中半导体颗粒的形成机理及其相关物性》文中研究指明由于传统的硅的生产技术已经很成熟，所以在光电集成中，依然采用晶体硅作为基底，继续沿用高度发展的硅集成工艺。如果能够使硅基材料在可见光范围内具有良好的发光特性，那么这种重要的半导体材料则有可能在飞速发展的光电子学中成为下一代电子学革命的基础材料。本论文研究的目标是探讨半导体颗粒在硅基薄膜中的形成机理，研究的结果不但有利于确定制备特定结构的硅基薄膜，而且亦有利于其发光机理的进一步探索。 论文采用双离子束溅射和射频磁控溅射沉积技术，通过改变薄膜沉积过程中基片温度(T_s)以及薄膜制备完成后退火温度(T_a)分别制备了Si-SiO_2和Ge-SiO_2薄膜。运用XRD和TEM等手段对结构进行分析。 从溅射薄膜沉积时或退火处理时的薄膜中颗粒的热力学和动力学的角度以及是否存在化学反应对半导体颗粒的形成机理做了进一步的探讨。运用这些运动模型和反应形式可以对薄膜的结构差异做出解释。 最后对两种薄膜的光致发光特性进行了研究。
贾士利[3]2006年在《Si/SiC纳米复合薄膜与热蒸发法制备Si纳米线的研究》文中研究指明低维硅基纳米材料由于性能优越并且可以和现有的硅基平面工艺相兼容而具有很广泛的应用前景。本文对于两种低维硅基纳米材料——Si/SiC纳米复合薄膜和Si纳米线分别进行了制备方法、性能和机理的研究。通过射频交替溅射或共溅射的两种方式和后续的退火制备了Si纳米晶镶嵌在SiC基体中的Si/SiC纳米复合薄膜。交替溅射得到的多层膜结构的Si/SiC纳米复合薄膜在1200°C以上退火后出现了大约分别位于352 nm的紫外发射带和位于468 nm的蓝光发射带,并且随着退火温度的升高增强。高分辨透射电镜观察到Si纳米晶的形成,傅立叶红外吸收光谱显示形成了Si-O-C键。分析认为位于468 nm的蓝光发射带是由于退火形成的Si纳米晶的量子限制效应导致的,而位于352 nm的紫外发射带是来自于退火形成的Si-O-C的复杂化合物。共溅射得到的薄膜在退火后出现了紫外发光峰,推测也有可能是由于退火形成的Si-O-C键导致的。Si纳米线是通过对把单晶硅片封闭在一个小区域中、高温常压、没有加催化剂下的情况下简单热蒸发制备得到的,Si纳米线长度达到了毫米级别。高分辨透射电镜显示Si纳米线芯部为单晶外层有很薄的氧化层,直径约在10-30 nm之间。分析认为单晶硅片形成的Si-O层、封闭区域、高温和慢速冷却是Si纳米线生长的重要因素,提出了自诱导的气-液-固机制来解释它的生长机制,另外说明Si纳米线的生长催化剂并不是必需的。
参考文献：
[1]. 金属和半导体颗粒复合硅基薄膜的结构及发光特性的研究[D]. 吴雪梅. 苏州大学. 2002
[2]. 硅基薄膜中半导体颗粒的形成机理及其相关物性[D]. 陆梅君. 苏州大学. 2003
[3]. Si/SiC纳米复合薄膜与热蒸发法制备Si纳米线的研究[D]. 贾士利. 天津大学. 2006
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