Er2O3单晶薄膜的生长及Er2O3/Si异质结的能带偏移

利用分子束外延方法在p型Si(001)和Si(111)衬底上,在700℃0.93mPa的条件下实现了Er2O3单晶薄膜的生长.薄膜的结晶情况依赖于薄膜的生长温度和氧气压.较低的温度和氧气压下在薄膜内易生成硅化铒,薄膜也趋于多晶化.还利用光电子能谱对Er2O3/Si异质结的能带偏差进行了初步的研究.     

Er2O3单晶薄膜的生长及Er2O3/Si异质结的能带偏移

利用分子束外延方法在p型Si(001)和Si (111)衬底上，在700℃ 0.93mPa的条件下实现了Er2O3单晶薄膜的生长.薄膜的结晶情况依赖于薄膜的生长温度和氧气压.较低的温度和氧气压下在薄膜内易生成硅化铒，薄膜也趋于多晶化.还利用光电子能谱对Er2O3/Si异质结的能带偏差进行了初步的研究.     

原位XPS分析Al2O3作为势垒层的Er2O3/Si结构

在超高真空条件下,通过脉冲激光沉积(PLD)技术制作了Er2O3/Al2O3/Si多层薄膜结构,原位条件下利用X射线光电子能谱(XPS)研究了Al2O3作为势垒层的Er2O3与Si界面的电子结构.XPS结果表明,Al2O3中Al的2p芯能级峰在低、高温退火前后没有变化;Er的4d芯能级峰来自于硅酸铒中的铒,并非全是本征氧化铒薄膜中的铒;衬底硅的芯能级峰在沉积Al2O 3时没有变化,说明Al2O3薄膜从沉积到退火不参与任何反应,与Si界面很稳定;在沉积Er2O3薄膜和退火过程中,有硅化物生成,表明Er2O3与Si的界面不太稳定,但随着Al2O3薄膜厚度的增加,其硅化物中硅的峰强减弱,含量减少,说明势垒层很好地起到了阻挡扩散的作用.     

SiO_2:Er和Si_xO_2:Er薄膜室温Er~(3+)1.54μm波长的电致发光

在 n+ -Si衬底上用磁控溅射淀积掺 Er氧化硅 (Si O2 :Er)薄膜和掺 Er富硅氧化硅 (Six O2 :Er,x>1 )薄膜 ,薄膜经适当温度退火后 ,蒸上电极 ,形成发光二极管 (LED)。室温下在大于 4V反偏电压下发射了来自 Er3+的 1 .5 4μm波长的红外光。测量了由 Si O2 :Er/n+ -Si样品和 Six O2 :Er/n+ -Si样品分别制成的两种 LED,其 Er3+1 .5 4μm波长的电致发光峰强度 ,后者明显比前者强。还发现电致发光强度与 Si O2 :Er/n+ -Si样品和 Six O2 :Er/n+ -Si样品的退火温度有一定依赖关系     

超薄高介电Er2O3栅介质薄膜的漏电机理

采用激光分子束外延设备在不同温度下制备了不同厚度的超薄晶态、非晶态高介电Er2O3栅介质薄膜,用X射线衍射和高分辨透射电镜分析了薄膜结构,用HP4142B半导体参数分析仪测试了Al/Er2O3/Si/Al结构MOS电容器的漏电流。XRD谱和HRTEM图像显示400℃以下制备的Er2O3薄膜呈非晶态,400℃到840℃制备的Er2O3薄膜是(111)方向高度择优取向的。电学测试表明：晶态Er2O3薄膜厚度由5.7 nm 减小到3.8 nm,漏电流密度从6.20×10-5 A/cm2突增到6.56×10-4 A/cm2,增加了一个数量级。而厚度3.8 nm的非晶Er2O3薄膜漏电流密度仅为1.73×10-5 A/cm2。漏电流数据分析显示高场下超薄Er2O3薄膜的漏电流主要来自于Fowler-Nordheim隧穿。低场下超薄晶态Er2O3薄膜较大的漏电流是由晶粒边界产生的杂质缺陷引起。     

溶胶-凝胶法制备掺Er3+:Al2O3/SiO2/Si光波导薄膜

采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法在热氧化的SiO2/Si(100)基片上提拉法制备掺EP:A12O3光学薄膜.采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(ARM),X射线衍射分析(XRD)研究了掺Er3+:Al2O3光学薄膜的形貌、厚度以及结构等特性.结果表明,在氧化的SiO2/Si(100)基片上获得了厚度为1.2 μm,固溶Er3+的面心立方结构γ-(Al,Er)2O3和单斜结构θ-(A1,Er)2O3的薄膜.薄膜表面光滑、平整,无明显的表面缺陷.掺EP:Al2O3薄膜晶粒分布均匀,平均晶粒直径为50～200 m,表面起伏度为10～20 nm.测量了10 K下掺0.1 mo1%～1.5 mo1%Er3+:Al2O3光学薄膜的光致发光(PL)谱,获得了中心波长为1.533μm的发光曲线.PL强度随Er3+掺杂浓度的增加而下降,相应的半峰宽(FWHM)也从45 nm减小到36 nm.Sol-gel法制备掺Er3+:Al2O3/SiO2/Si光学薄膜满足有源光波导放大器基体材料的性能要求.     

Si基Er2O3薄膜初始生长的原位RHEED和AES研究

采用分子束外延(MBE)法在Si(001)衬底上生长Er2O3高k薄膜材料。X射线衍射结果表明,用这一方法得到的硅基Er2O3薄膜是(440)取向的单晶,电学测试预示在Si和Er2O3薄膜的界面有一层很薄的界面层。为了研究Si/Er2O3异质结的界面,通过原位反射式高能电子衍射(RHEED)和俄歇能谱(AES)的方法对Er2O3薄膜在Si衬底上的初始生长情况进行研究。发现在清洁的Si衬底和有SiO2的Si衬底上生长Er2O3薄膜,原位RHEED图谱和AES都有不同的结果,预示着这两种不同的衬底上生长Er2O3薄膜的初始阶段有不同的化学反应。这一现象可能阐释了界面的演变和控制机理。     

(Si,Er)双注入热氧化SiO_2/Si薄膜的表面结构及1.54μm光发射

利用金属蒸气真空弧 (MEVVA)离子源将 Si和 Er离子双注入到不同厚度热氧化 Si O2 / Si薄膜中获得 Er掺杂硅基发光薄膜 .掺杂到热氧化 Si O2 / Si薄膜表面的 Er原子浓度可达到～ 10 % ,即体浓度～ 10 2 1 cm- 3 .热氧化 Si O2膜越厚 ,溅射后 Si O2 保留量越多 ;再结晶硅颗粒结晶程度提高 ,逐渐纳米化 ;未见有大量的 Er偏析或铒硅化物形成 ,Er大部分以固溶形式存在 .在 77K下获得了较强 1.5 4μm光致发光信号 ,室温下发光强度温度猝灭不明显     

Er离子注入Al2O3光波导薄膜的发光特性研究

采用溶胶-凝胶和离子注入复合工艺在氧化的Sio2/Si(100)基片上制备掺Er3+:Al2O3光学薄膜.900℃烧结,掺Er3+:Al2O3薄膜的相结构是γ-Al,Er)2O3和θ-(Al,Er)2O3的混合物.室温下测量不同注入剂量的掺Er3+:Al2O3光学薄膜的光致发光谱,均获得了中心波长为1.533 pm的发光曲线.900℃烧结制备掺EPr3+:Al23光学薄膜光致发光强度随着注入剂量从0.2×1016 cm-2增加到4×l016cm-2而逐渐增加.而1200℃烧结制备掺Er3+:Al2O3光学薄膜的光致发光强度随着掺杂浓度从0.2×1016 cm-2增加到4×1016grN-2先增加后减小.     

SiOx:Er薄膜材料光致发光特性的研究

采用射频磁控反应溅射技术,以Er2O3和Si为靶材,制备了SiOx:Er薄膜材料,在不同温度和不同时间下进行退火处理,室温下测量了样品的光致发光(PL)谱,观察到Er3+在1 530,1 542和1 555 nm处波长的发光,发现退火能明显增强Er3+的发光.研究了退火温度和时间对SiOx:Er薄膜光致发光的影响,发现Er2O3与Si面积比为1∶1时,1 100℃下20 min退火为样品的最佳退火条件.采用XRD和材料光吸收测试对样品结构和光学性质进行了研究,得到样品中Si晶粒大小为1.6 nm,样品的光学带隙为1.56 eV.对3种不同Er2O3与Si面积比的SiOx:Er薄膜材料进行研究,得到Er2O3与Si面积比为1∶3为样品的最佳配比,对薄膜材料发光现象进行了探讨.