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脉冲激光沉积法制备硅基掺Mn硅酸锌薄膜

晏锦辉  
【摘要】:掺Mn硅酸锌发光材料由于发光效率高、稳定性好、饱和色高以及制备工艺可与硅集成电路工艺兼容等优点,具有在硅基光电器件中的潜在应用前景。至今人们已经采用多种薄膜生长技术来制备掺Mn硅酸锌薄膜材料。相比其他薄膜生长技术,脉冲激光沉积(PLD)法具有能保持薄膜组分与靶材一致等优点,在多元氧化物薄膜制备方面有着独特的优势。因此,开展脉冲激光沉积法制备硅基掺Mn硅酸锌薄膜的研究具有非常重要的意义。 本文在总结掺Mn硅酸锌材料制备研究现状的基础上,利用脉冲激光沉积技术在硅衬底上制备了掺Mn硅酸锌薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、场发射扫描电镜(FESEM)、荧光光谱仪(PL)对掺Mn硅酸锌薄膜的结构性能和光学性能进行了测试和分析,研究了热处理温度、激光频率、激光能量密度、衬底温度、氧气压强等工艺参数对薄膜性能的影响及其影响机理。 实验结果表明:当热处理温度为1000℃时,薄膜结晶性能最好,而900℃下薄膜在525nm处光致发光峰达到最强。激光频率为5Hz时,可以获得具有最佳结晶性能与发光性能的掺Mn硅酸锌薄膜,薄膜沉积具有一定的激光能量密度阈值(3.36J/cm~2),过低的激光能量密度会降低薄膜的发光强度。衬底温度会影响薄膜的沉积速率,300℃时的衬底温度下可以获得薄膜最大沉积速率为16.1nm/min,且薄膜性能达到最好。当氧气压强为10Pa时,可以获得具有最佳结晶性能和发光性能的薄膜,且薄膜荧光衰减时间为5.9ms。


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