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激光烧蚀沉积硅基纳米材料及其特性研究

杜会静  
【摘要】: 本工作利用脉冲激光烧蚀单晶硅靶,在硅衬底和玻璃衬底上沉积 了硅纳米微粒。通过扫描电子显微镜(SEM),透射电镜(TEM),X射 线衍射(XRD),Raman散射(Raman),光电子能谱(EDS),以及光致 发光(PL)等技术,对所沉积的硅基纳米微粒的形貌,成分,晶态结构, 发光特性及稳定性进行了分析和表征。研究了几种工艺参数,如气压、 激光能量、沉积方式对所制备的硅基纳米微粒的影响。初步讨论了硅 基纳米微粒的生长机理及发光机理,并对制备高质量,尺寸及发光可控 的硅基纳米材料,以及如何进行有效钝化,以实现该材料的高效稳定 发光进行了有益的探讨及尝试。本工作还对激光退火及金属诱导晶化 对非晶硅纳米薄膜的影响进行了一系列的研究,得到了一定的规律。 研究表明,随着气压山高气压(10~(-2)Pa)向低气压(10Pa)再向真空 (10~(-1)Pa)的变化过程中,硅微粒产生了由分散分布的硅微粒向密集 度增加的团簇变化直至连续成膜的结构变化。挡板的加入及背散射的 应用,可以有效减少激光烧蚀产生的大颗粒,使纳米硅材料表面平滑, 尺寸分布范围变均匀。激光退火可以有效实现样品从非晶态向晶态的 转化,镍的加入降低了晶化的激光能量域值,对于在较低的能量范围 内实现晶化,改善薄膜特性有着促进作用。硅纳米微粒晶粒尺寸及稳 定性对其发光有着很大的影响,利用氮化硅对其进行钝化后,有效避 免了材料在大气中的氧化,提高了材料的发光稳定性,为纳米硅这一 发光材料在器件上的应用打下了一定的基础。


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