纳米硅薄膜低温光致发光

以高氢稀释硅烷为反应气源，用PECVD方法淀积了nc－Si：H薄膜。未经任何后处理过程，在低温77K下观察到光致发光，并对薄膜样品进行了Raman散射，红外吸收谱，氢氧含量以及光学吸收系数分析测试。还对nc－Si：H薄膜低温光致发光的机理进行了讨论。     

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     

纳米硅镶嵌氮化硅薄膜的制备与光致发光特性

为研究氮化硅薄膜发光材料的制备工艺及其光致发光机制,实验采用射频磁控反应溅射技术与热退火处理制备了纳米硅镶嵌氮化硅薄膜材料.利用红外光谱(IR)、X射线衍射谱(XRD)、能谱(EDS)和光致发光谱(PL),对不同工艺条件下薄膜样品的成分、结构和发光特性进行研究,发现在制备的富硅氮化硅薄膜材料中形成了纳米硅颗粒,并计算出其平均尺寸.在510 nm光激发下,观察到纳米硅发光峰,对样品发光机制进行了讨论,认为其较强的发光起因于缺陷态和纳米硅发光.     

纳米硅薄膜二极管中的共振隧穿现象

利用纳米硅薄膜中微晶粒的量子点（Ｑ．Ｄ）特征制成隧道二极管结构，在液氮温区（〈１００Ｋ）在其σ－Ｖ，Ｉ－Ｖ及Ｃ－Ｖ特性曲线上呈出共振隧穿峰，库仑台阶和量子振荡现象，说明，对无序分布着量子点阵列，只要其粒子尺寸足够小，同样会发生量子功能作用，估计了室温范围呈出这种量子功能作用的可能性。     

富硅量不同的富硅二氧化硅薄膜的光致发光研究

以硅－二氧化硅复合靶作为溅射靶，改变靶上硅与总靶面积比为０％，７％，１０％，２０％和３０％，用射频磁控溅射方法在ｐ型硅衬底上淀积了五种富硅量不同的二氧化硅薄膜．所有样品都在３００℃氮气氛中退火３０分钟．通过Ｘ射线光电子能谱、光吸收和光致发光测量确定出：随着硅在溅射靶中面积比的增加，所制备的氧化硅薄膜中纯硅（纳米硅）的量在增加，纳米硅粒的平均光学带隙在减小；但不同富硅量的二氧化硅膜的光致发光谱峰都接近于１．９ｅＶ，随硅在溅射靶中面积比增加，发光峰有很小的红移，其红移量远小于纳米硅粒的平均光学带隙的减少量．     

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。     

多孔化PECVD硅薄膜的室温光致发光

本文采用阳极氧化腐蚀技术对等离子ＣＶＤ方法制备的微晶硅薄膜进行了多孔化处理．在室温下用Ｎ２激光激发，在多孔化微晶硅薄膜上观测到了强的可见荧光，其荧光谱中包含１．９４ｅＶ和２．８６ｅＶ两个峰．我们还对其激发谱进行了研究，发现除与跃迁有关的吸收峰（３．４ｅＶ）外，在２—３ｅＶ间还有新的吸收峰．此结果与Ｆ．Ｂｕｄａ等人最近对硅量子线的理论计算相符合．     

掺铒富硅氧化硅薄膜的光致发光

本文研究了富硅氧化硅薄膜掺入铒的发光特性．富硅氧化硅薄膜（氧含量为６０％）采用ＰＥＣＶＤ方法生长,室温下离子注入铒,经过８００℃,５ｍｉｎ的退火,在１０～３００Ｋ温度下得到较强的波长１．５４μｍ光致发光．发光强度随温度升高而下降,其温度猝灭激活能为１４．３ｍｅＶ．发光谱表明富硅氧化硅中Ｅｒ－Ｏ发光中心仍具有Ｔｄ对称性．     

纳米硅薄膜结构特性研究

在电容式耦合等离子体化学气相沉积系统中，使用高氢稀释硅烷为反应气体制备出了晶粒尺寸为２～１０ｎｍ的纳米微晶相结构的硅薄膜，使用高分辨电子显微镜（ＨＲＥＭ），Ｘ射线衍射谱（ＸＲＤ），Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）和红外光谱（ＩＲ）等结构分析手段检测了其结构特征．结果表明，纳米硅薄膜的晶格结构为畸变的金刚石结构．Ｘ射线衍射谱表明除了Ｓｉ（１１１）的２θ＝２８．５°和Ｓｉ（２２０）的２θ＝４７．３°处的衍射峰外，在２θ＝３２．５°处存在着一个强的异常峰．ＨＲＥＭ结果表明存在新的Ｓｉ结晶学结构与ＸＲＤ异常峰相关联．     

纳米硅／氧化硅体系光致发光机制

实际研究的多孔硅几乎都是氧化程度不同的氧化多孔硅，它与另一大类硅基发光材料纳米硅镶嵌氧化硅有相似的结构和发光特徵．两者都是由大量为氧化硅所包裹的纳米硅组成，可统称为纳米硅／氧化硅体系．它是当前研究最多并被普遍认为很有希望的硅基发光材料体系．本文主要讨论纳米硅／氧化硅体系光致发光的机制，文中扼要介绍了我自己所在的研究小组近十几年来的一些相关研究工作．     

纳米硅薄膜与纳米电子学

纳米半导体硅薄膜是利用等离子体增强化学气相沉积（ＰＥＣＶＤ）方法制备的,制备可以很好地进行调节控制。纳米硅薄膜由两种组元：纳米尺度晶粒组元和晶粒间的界面组元,即晶态相和晶界相组成。纳米半导体硅薄膜对发展半导体器件,例如量子功能器件和薄膜敏感器件等,很有价值。     

纳米硅薄膜的发光特性研究

研究了 nc- Si:H薄膜的光致发光 ( PL) ,分析了晶粒尺寸、温度对发光特性的影响。对发光样品 ,晶粒尺寸有一上限 ,其值在 4～ 5nm之间。在 10～ 77K,nc- Si:H薄膜的发光强度几乎没有变化 ;当温度高于 77K,发光强度指数式下降。随温度升高 ,发光峰位有少许红移。讨论了nc- Si:H光致发光机理 ,用量子限制 -发光中心模型对实验现象进行了解释。从载流子的激发、复合两方面讨论了发光过程 ,认为载流子在晶粒内部激发后 ,弛豫到晶粒界面的发光中心复合发光。     

硅基SiN_xO_y∶C~+薄膜的光致发光

采用等离子体增强化学气相淀积法在单晶硅片表面淀积一层厚约１２０ｎｍ的ＳｉＮｘＯｙ薄膜，并在薄膜中注入Ｃ＋，注入能量为３５ｋｅＶ，剂量为５×１０１６ｃｍ－２．注Ｃ＋样品在４４１．６ｎｍ的蓝光激发下，可以产生峰值约为５５０ｎｍ的光致发光．样品经６００℃退火后，发光强度达到最大．     

硅基SiNxOy：C^＋薄膜的光致发光

采用等离子体增强化学气相淀积法在单晶硅表面淀积一层厚约１２０ｎｍ的ＳｉＮｘＯＹ薄膜，并在薄膜中注入Ｃ＾＋，注入能量为３５ｋｅＶ，剂量为５＊１０＾１６ｃｍ＾－２。     

多孔硅衬底上ZnS薄膜的白光光致发光

通过脉冲激光沉积（PLD）技术在多孔硅（PS）衬底上制备了ZnS薄膜。用光致发光（PL）的方法观察到白光发射,这个白光是由ZnS薄膜的蓝、绿光和PS的红光叠加形成的。白光光致发光谱是一个从450nm 到700nm的较强的可见光宽谱带。同时研究了激发波长、ZnS薄膜的生长温度、PS的孔隙率和退火温度对ZnS/PS光致发光谱的影响。     

纳米硅薄膜结构分析

在常用的PECVD电容式耦合沉积系统中,使用高氢稀释硅烷为反应气氛,在r.f.+DC双重功率源激励下制备出具有纳米相结构的硅薄膜.使用HREM,Raman光散射,X射线衍射以及红外和紫外光谱分析手段广泛地检测了其结构特征.指出,纳米硅(nc-Si:H)薄膜由于具有一系列新的结构特征使它脱颖于熟知的 a-Si:H及 μc-Si:H范畴,从而显示出它自己的独特性能.     

在硅衬底上用HFCVD法生长的纳米SiC薄膜及其室温光致发光

用热丝化学汽相淀积(HFCVD)法在硅衬底上生长具有纳米晶粒结构的碳化硅薄膜.用X射线光电子谱仪(XPS)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外吸收光谱(FTIR)、紫外光Raman散射谱和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对薄膜样品进行了结构和组分分析,并在室温条件下观察到了薄膜的高强度可见光发射.     

在硅衬底上用HFCVD法生长的纳米SiC薄膜及其室温光致发光

用热丝化学汽相淀积(HFCVD)法在硅衬底上生长具有纳米晶粒结构的碳化硅薄膜.用X射线光电子谱仪(XPS)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外吸收光谱(FTIR)、紫外光Raman散射谱和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对薄膜样品进行了结构和组分分析,并在室温条件下观察到了薄膜的高强度可见光发射.     

氧分压对纳米ZnO薄膜光致发光特性的影响

采用射频反应磁控溅射法在玻璃衬底上成功制备出具有c轴高择优取向的ZnO薄膜,利用X射线衍射仪及荧光分光光度计研究了氧分压变化对ZnO薄膜的微观结构及光致发光特性的影响.结果表明,当工作气压恒定时,合适的氧分压能够提高ZnO薄膜的结晶质量.对样品进行光致发光测量时,所制备ZnO薄膜样品在400 mm左右出现较强紫光发射,在446 nm出现蓝光发射,经分析认为紫光发射来源于激子复合,而446 nm左右的蓝光发射来源于ZnO薄膜内部的Znj缺陷.