富硅氮化硅薄膜的制备及其发光特性

采用射频磁控反应溅射法制备了氮化硅薄膜.利用X射线衍射谱(XRD)、红外光谱(IR)、能谱(EDS)和光致发光谱(PL),通过与氮气中和空气中退火薄膜比较,对原沉积薄膜进行了成分与结构和发光特性研究.研究发现原沉积薄膜是部分晶化的富硅氮化硅薄膜,薄膜中晶态氮化硅颗粒的平均粒径为33 nm;在氮气中退火后,纳米颗粒增大;在空气中退火后,薄膜被氧化,晶态颗粒消失.在4.67 eV的光激发下,原沉积薄膜中观测到7个强的PL峰,其峰位分别为3.39,3.24,3.05,2.82,2.61,2.37和2.11 eV.在氮气和空气中退火后, PL峰位和强度有变化.对其光致发光机制进行了探讨, 认为硅悬挂键≡Si,氮悬挂键=N,硅错键≡Si-Si≡以及与氧有关的缺陷在富硅氮化硅薄膜高强度荧光发射中起主导作用.     

富硅量不同的富硅氮化硅薄膜的光致发光研究

采用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)，在低衬底温度下制备了系列富硅量不同的富硅氮化硅薄膜。且所有样品分别经过不同温度的退火。通过X射线光电子能谱(XPS)的测试证实了薄膜中硅团簇的存在。对不同富硅量的氮化硅薄膜做了红外和光致发光的比较研究。由不同富硅量薄膜中硅团簇的尺寸变化对发光峰的影响。得出了发光来源于包埋于氮化硅薄膜中由于量子限制效应而使带隙增大了的硅团簇。     

纳米非晶硅薄膜的界面发光特性

采用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP-CVD)技术沉积了不同氢稀释比的富硅氢化非晶氮化硅(a-SiNxH)薄膜,并利用光致发光(PL)和光致发光激发(PLE)谱技术对其发光特性进行了研究.结果显示,所有样品发光均表现为两个带的叠加一个发光带随氢稀释比增大而发生蓝移,另一个发光带则固定在2.9eV左右.前者关联于镶嵌在a-SiNxH基质内非晶纳米硅颗粒的界面发光,后者来源于a-SiNxH基质相关的局域态中电子和空穴对的辐射复合.并结合所沉积薄膜的吸收特性,分析了缺陷态和界面态对薄膜中非晶纳米硅界面发光特性的影响.     

纳米非晶硅薄膜的界面发光特性

采用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP-CVD)技术沉积了不同氢稀释比的富硅氢化非晶氮化硅(a-SiNx:H)薄膜,并利用光致发光(PL)和光致发光激发(PLE)谱技术对其发光特性进行了研究.结果显示,所有样品发光均表现为两个带的叠加:一个发光带随氢稀释比增大而发生蓝移,另一个发光带则固定在2.9eV左右.前者关联于镶嵌在a-SiNx:H基质内非晶纳米硅颗粒的界面发光,后者来源于a-SiNx:H基质相关的局域态中电子和空穴对的辐射复合.并结合所沉积薄膜的吸收特性,分析了缺陷态和界面态对薄膜中非晶纳米硅界面发光特性的影响.     

金纳米颗粒增强富硅氮化硅发光特性的研究

采用时域有限差分(FDTD)方法,对Au纳米颗粒的尺寸和形貌对于其光学特性的影响进行了系统的理论研究。通过采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、晶化处理、电子束蒸发和高温退火等工艺,制备基于局域表面等离子共振(LSPR)效应的富硅氮化硅发光芯片。利用拉曼光谱仪、扫描电子显微镜(SEM)、奥林巴斯显微镜等对不同结构Au纳米颗粒富硅氮化硅发光器件的特性进行了表征。研究表明,通过对Au纳米颗粒的大小、形状和分布合理优化,富硅氮化硅芯片的发光强度在570nm波长附近提升了7倍,增强峰的位置红移了10nm。     

退火对富硅氮化硅薄膜的结构和发光的影响

采用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)，在低衬底温度下制备了富硅氮化硅薄膜。利用红外吸收谱(IR)、XPS光电子能谱和光致发光谱(PL)，研究了不同的退火温度对薄膜结构和发光的影响。研究发现，薄膜经退火后，在发光谱中出现一强的发光峰。当经过900℃退火后，随着与硅悬键有关的发光峰的消失．该强的主发光峰发生了明显的蓝移，并且有所宽化。蓝移现象源于高温退火后，在薄膜中有小尺寸的Si团簇形成。通过实验结果分析，提出薄膜的发光起因于包埋在氮化硅中的Si团簇。     

纳米硅薄膜的电致发光和光致发光

对用ＰＥＣＶＤ方法控制生长条件制备的纳米硅薄膜材料的发光性质进行了初步研究．在膜的纵向加直流偏压，暗场环境下可清楚地看到材料的电致发光现象．在同一套测量系统中分别测量了纳米硅材料的电致发光光谱和光致发光光谱，并用Ｌａｍｂｄａ９紫外／可见／近红外分光光度计测量了样品的透射谱，从而得到样品的Ｔａｕｃ曲线和光能隙Ｅ     

专用电子材料

0608540聚合物前驱体制备氮化硅纳米纤维及其发光〔刊,中〕/徐世峰//发光学报.—2005,26(6).—794-798(E)由聚硼硅氮烷前驱体在高温常压下热裂解得到氮化硅纳米纤维,确定了样品结构为α相,讨论了纳米纤维的生长模式属于气-液-固生长机制。在室温下用488nm激光对样品激发,观察到样品有很宽的强光致发光带,并有两个发光中心,这种强的可见光发光主要来自氮化硅的内禀Si和N的悬键。测量了纳米纤维的室温吸收光谱,得到氮化硅纳米纤维光学带隙为4.80eV。参140608541多边形颗粒随机分布复合材料的模拟及其网格算法〔刊,中〕/李友云//长沙理工大学…     

基于悬浮张应变锗纳米薄膜的电致发光增强

基于准直接带隙的材料特性,锗材料已经成为硅基光电集成的研究热点。本文利用高应力氮化硅薄膜将应力引入锗纳米薄膜中,并成功制备出张应变锗纳米薄膜发光二极管。实验结果显示,制备出的发光二极管在室温下的电致发光有红移现象,这是由于应力作用下的锗材料能带变化引起的。另外,当在锗纳米薄膜中引入的应变达到1.92%时,所制备的发光二极管在1876nm峰值波长处的发光强度显著增加,证明了张应变锗纳米薄膜的直接带隙复合发光,进一步证实了应变锗材料在硅基光电集成应用上的广阔前景。     

电极结构对硅薄膜生长过程及材料特性的影响

在制备硅薄膜材料的PECVD系统中,分别采用普通平行板电极和网状电极,在相同的工艺条件下研究了电极结构对硅薄膜材料均匀性、电学性能以及微结构的影响.发现采用网状电极使薄膜(400～500nm)均匀性得到明显改善,在20cm×20cm内不均匀性从±12.6%下降到±2.1%.等离子体发光光谱的测试表明,网状电极可大大提高硅烷的利用率,因而在相同工艺条件下,生长微晶硅材料需要更高的功率密度.文中对实验结果进行了详细的讨论.     

沉积温度对a-SiN_x∶H薄膜PL峰的影响

在3.75eV的激光激发下,利用LPCVD在800~950℃不同温度下沉积富硅的SiNx薄膜中,在室温下观测到1~5个高强度可见荧光的发射.通过TEM,IR,XPS等的分析研究表明,文中所获样品为纳米硅镶嵌结构的a-SiNx∶H薄膜.PL峰数目及其各峰的强弱与生成薄膜过程中反应气体SiH2Cl2的分解速率、沉积温度、SiNx生长过程有关,还与薄膜中纳米硅的团簇密度、尺寸大小以及各种不同类型的缺陷态种类和密度有十分重要的关系.     

沉积温度对ａ-SiNx∶H薄膜PL峰的影响

在3.75eV的激光激发下，利用LPCVD在800～950℃不同温度下沉积富硅的SiNx薄膜中，在室温下观测到1～5个高强度可见荧光的发射．通过TEM，IR，XPS等的分析研究表明，文中所获样品为纳米硅镶嵌结构的ａ-SiNx∶H薄膜．PL峰数目及其各峰的强弱与生成薄膜过程中反应气体SiH2Cl2的分解速率、沉积温度、SiNx生长过程有关，还与薄膜中纳米硅的团簇密度、尺寸大小以及各种不同类型的缺陷态种类和密度有十分重要的关系．     

纳米Si/SiNx薄膜的制备及对Nd:YAG激光器的被动调Q

为了研究纳米硅镶嵌氮化硅(nanoscale-Si-particle embedded in silicon nitride thin films,简称nc-Si/SiNX)薄膜材料的被动调Q特性,采用射频磁控反应溅射法结合热退火处理在单晶硅衬底上制备该薄膜。用该样品作为可饱和吸收体,在凹—平腔中实现了氙灯抽运Nd:YAG激光器的被动调Q运转,在抽运重复频率1Hz情况下获得脉宽最小可达19ns的调Q单脉冲输出。并且研究了该薄膜结构特性、激光器参数,如：抽运电压、腔长对调Q脉冲输出性能产生的影响。在此基础上,对实验现象产生的原因做了分析讨论。结果表明,nc-Si/SiNX薄膜有一定的调Q效果,具有潜在的研究及应用价值。     

双离子束溅射制备SiNx薄膜的光致发光性质

采用双离子束溅射法制备了SiNx薄膜，用XRD、XPS、FTIR等对薄膜的结构进行了表征，并且分析了样品的光致发光(PL)特性。发现在225nm的紫外光激发下，样品在室温下可发射高强度的可见光，峰位分别位于470nm、520nm和620nm，用能隙态模型讨论了可能的发光机理。     

微腔中nc-Si/SiN超晶格的光致发光

研究了一维光子晶体微腔结构对nc-Si/a-SiNz超晶格发射的调制.一维光子晶体微腔采用两种具有不同折射率的非化学组分非晶氮化硅的周期调制结构,腔中嵌入采用激光晶化方法制备的硅量子点阵列,从Raman谱和透射电子显微镜分析得到其尺寸约为3～4 nm.从光致发光谱上观察到明显的选模作用、明显变窄的发光峰以及约两个量级的发光强度的增强.微腔对硅量子点阵列发光的调制主要表现在两个方面:共振模式的增强和非共振模式的抑制.硅量子点中位于腔共振模式的辐射跃迁被增强,非共振模式的辐射跃迁被抑制,因此位于腔共振频率处的跃迁通道成为硅量子点中唯一的辐射跃迁通道,导致光致发光谱的窄化和强度的增强.因此,在提高硅材料发光效率方面,光子晶体微腔具有非常大的应用前景.     

Photoluminescence properties and chemical bond variations of SiN x :H films with silicon quantum dots

Hydrogenated silicon nitride(SiNx :H) thin films are deposited on p-type silicon substrates by plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD) using a gas mixture of ammonia and silane at 230 °C.The chemical compositions and optical properties of these films,which are dealt at different annealing temperatures,are investigated by Fourier transform infrared(FTIR) absorption spectroscopy and photoluminescence(PL) spectroscopy,respectively.It is shown that the FTIR presents an asymmetric Si-N stretching mode,whose magnitude is enhanced and position is shifted towards higher frequencies gradually with the increase of the annealing temperature.Meanwhile,it is found that the PL peak shows red shift with its magnitude decreasing,and disappears at 1100 °C.The FTIR and PL spectra characteristics suggest that the light emission is attributed to the quantum confinement effect of the carriers inside silicon quantum dots embedded in SiNx : H thin films.     

反应溅射法制备氮化铝薄膜及工作气压对其场发射性能的影响

采用反应磁控溅射法在不同工作气压(0.5～2.0Pa)下沉积了一系列氮化铝(AlN)薄膜。研究发现,在保持其他工艺参数不变的条件下,工作气压对薄膜厚度的影响很小。场发射性能测试表明,在较低的工作气压(0.5Pa和0.7Pa)下制备的AlN薄膜具有一定的场发射性能。扫描电子显微镜(SEM)图像显示,在较高的工作气压(2.0Pa)下制备的薄膜易产生空位及微空洞等缺陷,使薄膜致密性下降。电子在薄膜中的输运因受到缺陷的散射而不能隧穿表面势垒进行发射。研究表明,为获得具有良好场发射性能的AlN薄膜,若采用反应磁控溅射法,应选取较低的工作气压;同时,对于薄膜型阴极,具有紧密晶粒结构及较小缺陷的薄膜可能具有更优异的场发射性能。     

a-Si:H热处理过程中形成的纳米硅粒及其光致发光

报道了氢化非晶硅薄膜在600～620℃温度下快速退火10 s可以形成纳米晶硅,其拉曼散射表明,所形成的纳米晶硅在薄膜中的分布是随机的,其直径在1.6～15 nm内.根据晶体生长理论和计算机模拟,讨论了升温快慢与所形成纳米硅颗粒大小之间的关系,并且在强光照射下观察了纳米晶硅在薄膜中的结晶和生长情况.经退火形成的nc-Si可见光辐射较弱,不能检测到它们的光致发光,但用氢氟酸腐蚀钝化后则可检测到较强的红PL,并且钝化后的nc-Si在空气中暴露一定时间后,其辐射光波长产生了蓝移.就表面钝化和量子限制对可见光辐射的重要性作了讨论.     

360-nm Photoluminescence from Silicon Oxide Films Embedded with Silicon Nanocrystals

Si-rich silicon oxide films were deposited by RF magnetron sputtering onto composite Si/SiO2 targets. After annealed at different temperature, the silicon oxide films embedded with silicon nanocrystals were obtained. The photoluminescenee（PL） from the silicon oxide films embedded with silicon nanocrystals was observed at room temperature. The strong peak is at 360 nm, its position is independent of the annealing temperature. The origin of the 360-nm PL in the silicon oxide films embedded with silicon nanoerystals was discussed.     

Silicon Nitride Films Deposited by RF Sputtering for Microstructure Fabrication in MEMS

In the present work, we report silicon nitride films deposited by a radio- frequency (RF) sputtering process at relatively low temperatures (<260°C) for microelectromechanical system (MEMS) applications. The films were prepared by RF diode sputtering using a 3-inch-diameter Si₃N₄ target in an argon ambient at 5 mTorr to 20 mTorr pressure and an RF power of 100 W to 300 W. The influence of the film deposition parameters, such as RF power and sputtering pressure, on deposition rate, Si-N bonding, surface roughness, etch rate, and stress in the films was investigated. The films were deposited on single/double-side polished silicon wafers and transparent fused-quartz substrates. To explore the RF-sputtered silicon nitride film as a structural material in MEMS, microcantilever beams of silicon nitride were fabricated by bulk, surface, and surface-bulk micromachining technology. An RF-sputtered phosphosilicate glass film was used as a sacrificial layer with RF-sputtered silicon nitride. Other applications of sputtered silicon nitride films, such as in the local oxidation of silicon (LOCOS) process, were also investigated.