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氢化纳米硅薄膜的光学常数和室温可见发光研究

陈红  
【摘要】: 硅材料是当今世界整个微电子产业的支柱,但是单晶硅(c-Si)间接带隙的属性阻碍了其在有效发光器件上的应用。人们努力寻找多种途径来使硅有效发光,其中一种方法就是通过能带工程实现低维结构的硅体系,例如硅纳米结构,目标是实现光电子和微电子系统的集成,这是当今国际上新兴的富有活力的热点研究领域—硅光电子学。典型的制备硅纳米结构的方法是利用化学气相沉积或溅射法把纳米量级的硅晶粒镶嵌在玻璃体SiO2、非晶氮化硅和氢化非晶硅(a-Si:H)网络里。由于低维状态下光学跃迁中动量不一定需要守恒,辐射复合跃迁几率增大,发光效率明显提高,人们已经利用量子限制效应在这些硅纳米结构中成功实现了发射波长可调的室温可见发光。 氢化纳米硅(nc-Si:H)薄膜就是硅纳米晶粒镶嵌在a-Si:H网络里的这样一种硅纳米结构,它不仅能用于制备发光二级管,而且在薄膜太阳能电池、光存储器、隧穿二级管、薄膜晶体管以及单电子晶体管等光电器件方面也有潜在应用,因而引起人们的广泛兴趣。这使得对其光学性质的研究成为必需。然而,到目前为止,关于nc-Si:H光学常数的系统研究甚少,人们对其可见发光机制也没有彻底弄清楚,尽管已有多种解释的机制或模型。因此,研究nc-Si:H的光学性质、提高其发光效率,对推动硅光电子学的发展具有重要意义。


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