纳秒脉冲激光制备硅量子点发光的退火效应

为了获取高量子效率的硅基光源,利用纳秒脉冲激光在单晶硅片上制备微米级的圆孔形腔阵列,对该样品在高温退火处理后出现的性能进行研究。腔内形成的量子点在波长710 nm附近有很强的光致发光峰。将样品放在1 000℃下进行高温退火处理,通过控制退火时间,对比研究退火前后的激发光功率变化的光致发光光谱,可以观察到自发辐射和受激辐射的变化趋势。同时,在退火20 min的腔中不同位置测量到光致发光的强度不同,发现腔体边缘的光致发光最强,这可能与腔体边缘上分布了大量的量子点发光有关。最后,采用标准的LED定标方法测量了腔内的最大光致发光外量子效率（PL-EQE）。检测结果显示退火后腔体内的外量子效率可达9.29%。     

硅基量子点的制备及其发光特性

硅基光电子学无疑是今后光电子学发展的方向，这就要求硅基材料能够满足发光器件的要求，从而达到光电集成的目的。因为硅体具有非直接带隙的特点，共发光效率低，所以利用硅基低维量子结构，尤其是量子点结构提高硅基材料的发光性能一直是国内外本领域的一个研究特点。本文对近年来硅基量子点的制备及发光特性研究所取得的进展和结果进行了总结和评述，并对今后的发展提出了看法。     

Si中Ge量子点的光致发光

生长温度500℃下，在Si（001）衬底上分子束外延自组织生长锗量子点．700℃退火20分钟后观察到其光致发光．原子力显微镜（AFM）和横截面试样透镜（XTEM）方法用于观察鼻子点的大小和密度．利用喇曼光谱观察不同温度退火引起的Ge与Si之间的互扩散．     

硅表面上的纳米量子点的自组织生长

纳米半导体量子点以其所具有的新颖光电性质与输运特性正在受到人们普遍重视。作为制备高质量纳米量子点的工艺技术 ,自组织生长方法倍受材料物理学家的青睐。而如何制备尺寸大小与密度分布可控的纳米量子点更为人们所注目。因为这是关系到纳米量子点最终能否器件实用化的关键。文中以此为主线 ,着重介绍了各种 Si表面 ,如常规表面、氧化表面、台阶表面以及吸附表面上 ,不同纳米量子点的自组织生长及其形成机理 ,并展望了其未来发展前景     

硅基量子点器件

硅基量子点器件由于其独特的性能以及和硅集成电路相容的特点成为研究的重点。量子点中电子和空穴强的量子限制作用使其表现出一些新颖的物理性能,从而在微电子和光电子器件方面有着重要的应用价值。本文介绍了硅基量子点器件的一些应用,包括单电子晶体管、红外探测器、发光二极管。     

基于锗量子点的硅基发光器件

硅基光源是实现硅基集成光电子芯片的核心器件,虽然近年来国内外已经取得多项重要成果,但适合于下一代大规模光电集成芯片的小尺寸、低功耗、工艺兼容的高效硅基发光器件仍然缺乏。文章介绍了基于嵌入光学微腔中的锗量子点实现硅基发光器件方面的研究成果,通过将分子束外延生长的锗自组装量子点嵌入硅光子晶体微腔中,实现了室温下处于通信波段的共振发光。通过在图形化衬底上生长实现锗量子点的定位,并精确嵌入光子晶体微腔中,实现了基于锗单量子点的硅基发光器件。     

多孔硅发光的物理机制——纳米量子限制效应及表面态在发光中的作用

采用阳极氧化腐蚀的方法制备了多孔硅（ＰＳ），这种ＰＳ的微结构为纳米量级的，并具有光致发光特性，这无疑将对全硅光电子学的发展具有很大意义。根据大量实验与理论分析，提出了这种ＰＳ发光的物理机制：纳米量子限制效应和表面态及其物质在发光中的作用，从量子力学的薛定锷方程出发，用沟道势阱的近似模型，推导得到进入量子线的电子和空穴的能量势垒，ＰＳ的有效带宽Ｅ＝Ｅ＿０＋ΔＥ，对于Ｓｉ（Ｅ＿０＝１．１２ｅｖ）。完美地解释了目前在ＰＳ研究中的ＰＬ谱的篮移现象。     

纳米硅量子点/氮化硅三明治结构的电致发光

采用等离子体化学气相沉积技术制备了两种不同非晶硅层厚度的氮化硅/氢化非晶硅/氮化硅三明治结构,研究了不同能量激光退火对薄膜晶化的影响。通过拉曼分析,发现在激光能量为320mJ时,样品开始晶化,随着能量的提高晶化程度增加,在340mJ时达到最大。根据拉曼晶化峰的偏移,计算得出硅量子点尺寸为2.8nm和4.7nm,表明三明治结构对形成的硅量子点的尺寸具有限制作用。设计并制备了基于该结构的电致发光器件,在偏压大于10V时,在室温下可观测到电致发光。发现不同激光能量下晶化后的样品的电致发光强度不同,发光峰位在680nm和720nm附近。分析表明电致发光来源可以归结为电子空穴对在硅量子点中的辐射复合发光。     

纳米硅量子点的自然形成及其发光特性

用 Si H4 气体的减压 CVD法 ,在氧化硅以及石英基板上自然形成了高密度的 (～ 10 11cm-2 )纳米尺寸的半球状硅晶粒 (硅量子点 ) ,并且对其光学吸收和发光 (Photo- luminescence,PL)特性进行了评价。用表面热氧化了的硅量子点样品 ,在室温条件且在高于 1.2 e V以上的能量范围内观察到了 PL谱。随着量子点尺寸的减少 ,PL谱的光学吸收限移向高能方向。 PL谱的峰值能呈现大幅度的 (约 0 .9e V)斯塔克移动 ,并且 PL谱的强度几乎与温度无关 ,说明发光来自与局域能级相关联的发光和复合过程。     

Luminescent Colloidal Dispersion of Silicon Quantum Dots from Microwave Plasma Synthesis: Exploring the Photoluminescence Behavior Across the Visible Spectrum

Aiming for a more practical route to highly stable visible photoluminescence (PL) from silicon, a novel approach to produce luminescent silicon nanoparticles (Si‐NPs) is developed. Single crystalline Si‐NPs are synthesized by pyrolysis of silane (SiH₄) in a microwave plasma reactor at very high production rates (0.1–10 g h^?1). The emission wavelength of the Si‐NPs is controlled by etching them in a mixture of hydrofluoric acid and nitric acid. Emission across the entire visible spectrum is obtained by varying the etching time. It is observed that the air oxidation of the etched Si‐NPs profoundly affects their optical properties, and causes their emission to blue‐shift and diminish in intensity with time. Modification of the silicon surface by UV‐induced hydrosilylation also causes a shift in the spectrum. The nature of the shift (red/blue) is dependent on the emission wavelength of the etched Si‐NPs. In addition, the amount of shift depends on the type of organic ligand on the silicon surface and the UV exposure time. The surface modification of Si‐NPs with different alkenes results in highly stable PL and allows their dispersion in a variety of organic solvents. This method of producing macroscopic quantities of Si‐NPs with very high PL stability opens new avenues to applications of silicon quantum dots in optoelectronic and biological fields, and paves the way towards their commercialization.     

碳化硅表面硅改性层的特性研究

为了获得具有高质量光学表面的非球面碳化硅反射镜,需对碳化硅反射镜表面进行改性。介绍了离子束辅助沉积硅的碳化硅表面改性技术。对改性样片表面硅改性层的机械性能、光学加工性、表面粗糙度及反射率等特性进行研究。实验结果表明,碳化硅表面的硅改性层具有优良的机械性能和良好的光学加工性。光学抛光后,碳化硅表面硅改性层的表面粗糙度为0.85nm[均方根(RMS)值],在可见光波段反射率最高可达98.5%(镀银反射膜)。采用数控加工方法对口径为Ф600mm的表面改性离轴非球面碳化硅反射镜进行加工,最终反射镜面形精度的RMS值达到0.018λ(λ=0.6328μm),满足高精度空间非球面反射镜的技术指标要求。     

一种表面修饰的CdS量子点的合成与特征分析

用无机成核/有机包裹方法成功合成了3～4nm的CdS量子点;用巯基丙三醇(1t鄄hiogly鄄cerol)对CdS量子点进行了表面修饰;对CdS量子点进行了在水溶液中的分散性实验,同时用透     

自组织量子点的形成过程

利用分子束外延技术(MBE)生长了一个分布很不均匀的InGaAs量子点样品. 样品不同位置InGaAs的沉积量不同导致点的大小、密度分布不均匀. 这种分布恰恰对应着量子点形成的不同时期，因此仅通过一个样品就可以把量子点的生长演变全过程展示出来. AFM和PL测试表明：随着InGaAs沉积量的增加，量子点的密度显著增加，量子点的尺寸分布渐趋均匀并倾向于一平衡值.     

半导体量子点自组织生长过程的控制

对控制半导体量子点的自组织生长进行了研究. 在对平均场模型和非平均场模型计算机模拟结果分析的基础上，提出了利用隔离单元抑制量子点的熟化生长的方法来控制量子点的大小，并对生长过程进行了计算机模拟. 结果表明通过将衬底表面的吸附原子海分割成一个个独立的隔离单元可以抑制量子点熟化生长，调节量子点的生长速度，达到制备大小均匀、排列有序的半导体量子点阵列的目的.     

电子在耦合的多量子点器件中的动力学特性

本文通过对三量子点的对称和不对称耦合的研究,揭示了电子在耦合的三量子点体系中的动力学特性,研究发现,当三个量子点耦合在一起时,电子在三个量子点之间隧穿,在大多数情况下,电子在第三个量子点的几率小于1。     

多层InAs量子点的光致发光研究

采用MBE设备生长了多层InAs/GaAs量子点结构,测量了其变温光致发光谱和时间分辨光致发光谱.结果表明多层量子点结构有利于减小发光峰的半高宽,并且可以提高发光峰半高宽和发光寿命的温度稳定性.实验发现,加InGaAs盖层后,量子点发光峰的半高宽进一步减小,最小达到23.6 meV,并且发光峰出现红移.原因可能在于InGaAs盖层减小了InAs岛所受的应力,阻止了In组分的偏析,提高了InAs量子点尺寸分布的均匀性和质量,导致载流子在不同量子点中的迁移效应减弱.     

(113)B和(100)面InAs/GaAs量子点光致发光光谱特性研究

利用分子束外延技术在(100)和(113)B GaAs衬底上进行了有/无AlAs盖帽层量子点的生长,测量了其在4～100 K温度区间的PL光谱。通过对PL光谱的积分强度、峰值能量和半高宽进行分析进而研究载流子的热传输特性。无AlAs盖帽层的(113)B面量子点的PL光谱的热淬灭现象可以由载流子极易从量子点向浸润层逃逸来解释。然而,有AlAs盖帽层的(113)B量子点的PL热淬灭主要是由于载流子进入了量子点与势垒或者浸润层界面中的非辐射中心引起的。并且其PL的温度依存性与利用Varshni定律计算的体材料InAs的温度依存性吻合很好,表明载流子通过浸润层进行传输受到了抑制,由于AlAs引起的相分离机制(113)B量子点的浸润层已经消失或者减小了。(100)面有AlAs盖帽层的PL半高宽的温度依存性与无AlAs盖帽层的量子点大致相同,表明在相同外延条件下相分离机制在(100)面上不如(113)B面显著。