脈沖激光掃描對硅光電性質(zhì)的影響.pdf

1、硅是現(xiàn)代微電子技術(shù)的基礎(chǔ)材料，也是最重要的半導(dǎo)體材料之一，晶體硅材料廣泛應(yīng)用于制作硅基光電器件和光子器件。但是，體硅材料的發(fā)光性能很差，因為硅是間接禁帶半導(dǎo)體材料，它的發(fā)光效率非常低。而發(fā)展光電集成技術(shù)必須大力發(fā)展硅基發(fā)光材料，來提高硅基光電子器件的性能，滿足越來越高的使用要求。在過去的幾十年，致力于提高硅的光譜效率的研究引起了科研人員的極大興趣。隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，利用脈沖激光微處理和改性后的微構(gòu)造硅在光致熒光特性，光吸收特性，場

2、發(fā)射特性等方面顯示出特殊的光電性能。在本文中我們利用納秒和飛秒激光脈沖在單晶表面制備了微構(gòu)造硅，主要研究了微構(gòu)造硅的形成及其光致熒光特性，并對其發(fā)光機理進行了研究。
　　本文研究了在空氣中利用納秒脈沖激光對單晶硅表面進行了掃描實驗，研究了微構(gòu)造硅在不同能量密度和掃描速度下的演化及其熒光特性。光致熒光譜測量表明(PL)，激光掃描的區(qū)域在710nm附近有熒光發(fā)射。用HF酸腐蝕掉樣品表面的SiOx后，熒光峰的強度大大降低，說明SiOx在

3、光致發(fā)光增強上起重要作用。紅外吸收光譜儀測量表明微構(gòu)造硅表面有Si-O-Si鍵和低值氧化物SiOx＜2的存在。能量色散X射線譜(EDS)測量表明氧元素的含量隨激光能量密度的增大而增加。研究表明，納秒激光的能量密度和掃描速度對微結(jié)構(gòu)形成起著決定性作用，納秒激光掃描硅表面改變了硅材料表面微結(jié)構(gòu)尺寸，增大了光吸收面積;氧元素在光致發(fā)光增強上起重要作用，微構(gòu)造硅和SiOx對光致熒光的發(fā)射都有貢獻。
　　同時研究了飛秒激光脈沖分別在空氣和純

4、水中對單晶硅表面進行了掃描實驗，研究了表面微構(gòu)造硅在不同能量密度和掃描速度下的演化及其光致熒光特性。光致熒光譜測量表明，空氣中的實驗，激光掃描區(qū)域觀察到橙色熒光峰(603nm)和紅色的熒光帶（680nm附近）。我們認為紅色熒光帶和橙色熒光峰源于量子限制效應(yīng)和氧缺陷態(tài)的復(fù)合發(fā)光。純水中的實驗，在460、487、497、522、597處nm處檢測到熒光峰。在460-497nm波段的光發(fā)射與氧化硅中的缺陷態(tài)有關(guān)，中性氧缺陷態(tài)是藍光和綠光的主要