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脉冲激光沉积硅基发光薄膜及其特性研究

张德恺  
【摘要】:采用脉冲激光沉积法制备了富硅二氧化硅薄膜、Si/SiO_2多层薄膜。通过原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼散射(Raman)等技术对薄膜的表面形貌、微观结构等进行了表征。研究了气压、气氛、退火温度等工艺参数对薄膜发光特性的影响,探讨了硅基薄膜的发光机理。 光致荧光光谱测试表明,所制备的样品在紫外和可见光范围都有光发射,其中紫外到紫光范围的发射光最强,蓝光次之,红光最弱。 富硅二氧化硅薄膜,以波长为270nm的紫外光为激发光,在350nm,460nm,650nm,666nm处有发射峰出现,以波长为290nm的紫外光为激发光,在435nm,450nm,467nm,490nm,685nm处有发射峰出现。Si/SiO_2多层薄膜,分别采用波长为270nm,290nm的光作为激发光,其发光峰位在323nm,346nm,403nm,450nm-470nm,490nm,650nm,666nm,690nm处。 通过实验结果分析:我们认为红光(680nm)来源于纳米晶硅的量子限制效应和二氧化硅的非桥键氧缺陷态的复合发光,红光(650nm)来源于纳米晶硅的量子限制效应和二氧化硅的氧缺陷态的复合发光;而蓝光段的光发射来源于二氧化硅的中性氧缺陷态;紫光和紫外光来源于二氧化硅的氧缺陷、纳米晶硅与二氧化硅的界面态发光的综合效果。 硅基薄膜的红光发射与纳米晶硅密度及波尔半径内晶粒数目有着密切的关系。制备工艺对薄膜从紫外到红光的发射中起着很重要的作用。有效的利用和控制氧的掺杂,可以实现硅基薄膜在某个波段的光发射。


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