碳化硅、硅基多層膜、顆粒膜材料的制備及其光致發(fā)光性質的研究.pdf

1、硅是目前世界上使用最廣泛的半導體材料，已成為微電子集成電路的主流。但是隨著芯片尺寸和線度的縮小，較小的電子漂移速度(105m/s)越來越成為芯片速度提高的瓶頸。因此用速度最快的光信號(108m/s)代替原來的電信號進行信息的傳輸和處理，便成為人們正在考慮的解決方法。要實現(xiàn)光電集成，就必須有高效的發(fā)射和接受光信號的光電子器件。但是Si是一種間接帶隙半導體材料，體內電子空穴的復合需要聲子輔助，所以其發(fā)光效率很低，因此，尋找硅基發(fā)光的有效途徑

2、成為目前急需解決的問題。 本論文回顧了近年來對于硅基納米材料發(fā)光特性方面的研究進展，并結合現(xiàn)有的實驗條件，做了以下幾項工作： 1.利用與微電子工藝相兼容的PECVD技術成功的制備了納米SiC/Si多層膜，系統(tǒng)的研究了退火溫度對多層薄膜時間分辨光致發(fā)光特性的影響。利用截面透射電子顯微鏡技術分析了α-SiCx:H/nc-Si:H多層薄膜的結構特性；通過對晶化樣品的時間分辨光致發(fā)光譜的研究，結果表明：隨著退火溫度的升高，發(fā)光峰

3、位置開始出現(xiàn)一些紅移現(xiàn)象，當退火溫度為900℃時，樣品的發(fā)光強度和發(fā)光衰減時間分別達到最大和最小值，隨著退火溫度的繼續(xù)增大，發(fā)光峰位置開始出現(xiàn)藍移現(xiàn)象，初步探討了納米α-SiCx:H/nc-Si:H多層薄膜的發(fā)光特性和發(fā)光機理。 2.利用微電子工藝中的氧化工藝結合PECVD技術成功的制備了一套不同氧化時間的納米SiC/Si/SiO2單周期三層膜樣品，以及固定氧化時間的多周期三層膜樣品，周期分別為1，2，3，4。實驗結果表明對于單

4、周期不同氧化時間的那套樣品，氧化時間為40分鐘的樣品光強最大，所有光譜都出現(xiàn)兩個較強的藍色發(fā)光，分別為433nm和455nm，而且433nm處的發(fā)光峰位非常穩(wěn)定，我們認為該發(fā)光峰位是由于硅層中的剩余缺陷引起的。455nm處的發(fā)光峰是由于SiC納米顆粒導致的。多周期樣品的光譜表明433nm處的發(fā)光峰位仍然很穩(wěn)定，455nm處峰位出現(xiàn)藍移現(xiàn)象。光強隨著周期數(shù)的增加呈現(xiàn)非線性增加。最后利用緊束縛理論解釋了為何433nm發(fā)光峰比較穩(wěn)定的原因。

5、 3.利用金屬蒸汽真空弧離子源(MEVVA)進行離子束合成，制備了過劑量C+離子注入到單晶硅襯底的樣品，然后利用熱退火，在表層制備了連續(xù)β-SiC層，形成表層SiC/Si的異質結構，利用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)對其成鍵特征和微結構進行了分析，通過光電子能譜分析(XPS)和原子力顯微鏡(AFM)分析了樣品的成份分布及其表面形貌，最后對室溫下的光致發(fā)光特性隨熱退火的時間和溫度的變化進行了研究。結果表明：光致發(fā)光譜(PL)表現(xiàn)出4