硅基材料高效发光——多孔硅光致发光研究

本文介绍了采用阳极氧化腐蚀工艺在单晶硅上制作多孔硅（ＰＳ）薄层，对ＰＳ薄层进行了微结构的分析为毫微结构量子线组成的复杂网络，其截面尺寸为纳米范围而纵向尺寸在微米量级。对ＰＳ样品光致发光谱的测定发现随阳极氧化电流密度和腐蚀时间的增加谱峰发生“兰移”并用ＰＳ的量子限制效应解释了上述实验现象。     

硅基薄膜发光材料

硅是微电子技术的基础材料，硅集成技术已高度发展，但硅却是非发光材料。为了发展硅基光电子技术，人们对硅基发光材料作了多方面的探索，其中有“缺陷工程”－在硅中引入作为辐射复合中心的杂技或缺陷，使之发光。“能带结构工程”－利用量子限制效应，利用具有不同能带结构的材料组合，获得硅基发光材料。“异质外延材料”－以硅为基底外延生长具有发光性能的材料。     

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．     

硅基纳米材料发光特性的研究进展

近年,硅基低维材料物理与工艺的研究预示,硅基光电子学将是今后半导体光电子学的一个主要发展方向,而硅基低维发光材料又将成为半导体光电子集成技术的主要基础材料。随着硅基超晶格,量子阱和多孔硅研究的不断深化以及纳米科学技术的日益发展,硅基发光材料正向纳米方向开拓。     

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     

硅基发光材料研究进展

硅是一种非发光材料,发展光电子集成技术必须大力发展硅基发光材料,在此基础上,研究了各类与硅平面技术兼容的发光器件和集成电路。文章综述各类硅基发光材料、发光机制的研究成果与发展动态。     

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．     

硅基发光材料和器件研究的进展

发光器件和集成电路都是信息技术的基础。如果能将它们集成在一个芯片上,信息传输速度,储存和处理能力将得到大大提高,它将使信息技术发展到一个全新的阶段,但是,现在的集成电路是采用硅材料,而发光器件则用ｉｌｌ－Ｖ族化合物半导体。Ｉｌｌ－Ｖ族化合物半导体集成电路,虽然经过多年的研制,但至今还不成熟。因此,研究硅基发光材料和器件成为发展光电子集成的关键。本文评述了目前取得较大进展的几种主要硅基发光材料和器件的研究,包括掺铒硅、多孔硅、纳米硅以及 Ｓｉ／ＳｉＯ_２等超晶格结构材料,并展望了这些不同硅基发光材料和发光器件在光电集成中的发展前景。     

硅基发光材料研究进展

阐述了等电子杂质、掺Er硅、硅基量子结构(包括量子阱、量子线和量子点)及多孔硅的发光机理,综述了90年代以来a-Si/SiO2、SiGe/Si等Si基异质结构材料的优异特性和诱人的应用前景,着重介绍了能带工程为Si基异质结构带来的新特性、新功能,重点介绍了硅基量子点的制备和发光机理,综述了半导体量子点材料的最新发展动态和发展趋势。     

硅基发光材料和器件研究的进展

发光器件和集成电路都是信息技术的基础,如果将经们集成在一个芯片上,信息传输速度,存储和处理能力将得到大大提高,它将使信息技术发展到一个全新的阶段,但是,现有的集成电路是采用硅材料,而发光器件用Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体。Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体集成电路,虽然经过多年的研制,但至今还不成熟,因此,研究硅基发光材料和器件成为发展光电子集成的关键。本文评述了目前取得较大进展的几种主要硅基发光材料和器件成为发展光电     

Ar^＋注入多孔硅与Ar^＋注入硅多孔结构的光致发光研究

研究了中等能量(30 key)Ar+注入多孔硅和中等能量(30 key)Ar+先注入单晶硅后再进行电化学腐蚀成的多孔结构的光致发光特性.研究结果表明:中等能量(30 key)Ar+注入多孔硅后,多孔硅原有的发光峰消失,主要是Ar+对多孔硅表面氧的剥离作用.使得与氧相关发光的结构消失,多孔硅不再发光;中等能量(30 kev)Ar+先注入单晶硅后冉电化学腐蚀成的多孔结构中,通常多孔硅原有的580 nIn附近发光峰强度随注入Ar+剂量的增加而增强,并有红移;同时在谱峰处于470 nm附近的微弱发光峰不因注入Ar+而明显变化.     

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。     

硅基双色发光图形的研制

本文提出一种制作硅基发光图形的方法，利用SiO2作掩膜，通过C+离子选区注入，退火处理及电化学腐蚀，使样品的单晶区形成多孔硅红-绿色发光区，注C+区域形成多孔SiC的蓝光发射区域，构成双色发光图形．     

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．     

硅基多孔β-SiC薄膜的电致发光及其机理分析

单晶硅中注入高剂量的Ｃ＾＋离子,注入能量为５０ｋｅＶ,经高温退火后形成βＳｉＣ沉淀,再经电化学腐蚀形成多孔β－ＳｉＣ,样品表面蒸上一层半透明的金膜,在正向偏压高于２５Ｖ时,可以获得波长约为４４７ｎｍ的蓝光发射,而且该蓝光发射随着电压的升高而增强。文中还将多孔β－ＳｉＣ薄膜的电致发光和其光致发光进行了比较,并讨论了其发光机理。