Si-O和Si-O-N系統(tǒng)中硅量子點(diǎn)的結(jié)晶和發(fā)光性能研究.pdf

1、本文采用交替磁控濺射的方法制備了Si/SiO2復(fù)合膜和SiO2/Si/SiO2三明治結(jié)構(gòu)，并對(duì)Si/SiO2復(fù)合膜采用了快速退火加爐內(nèi)退火的二步退火處理、對(duì)SiO2/Si/SiO2三明治結(jié)構(gòu)進(jìn)行了爐內(nèi)退火熱處理工藝制備硅量子點(diǎn)。同時(shí)采用反應(yīng)濺射的方法制備了不同元素比的SiOxNy薄膜，并進(jìn)行了爐內(nèi)退火處理得到不同狀態(tài)的硅結(jié)晶。通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)(TEM)的觀察，以及成分(EDS)，表面鍵(FTIR)的分析，對(duì)在不同系統(tǒng)薄膜中硅量子點(diǎn)的生成規(guī)律

2、進(jìn)行了研究和討論，并對(duì)薄膜進(jìn)行了發(fā)光性能(PL)的測(cè)試。 研究發(fā)現(xiàn)，不同濺射沉積速率對(duì)于硅在SiO2基體中的團(tuán)聚和結(jié)晶的影響是不同的，隨著硅濺射速率的增大，薄膜中的缺陷和形核點(diǎn)增多，快速退火后薄膜生成的量子點(diǎn)的密度增大。同時(shí)由于形核點(diǎn)與硅原子擴(kuò)散的共同作用，也決定了硅納米晶的尺寸分布隨著濺射速率的增加呈現(xiàn)出由單分散到不均勻分布再到單分散的特點(diǎn)。在兩步退火過(guò)程后，SiO2基體中過(guò)飽和的硅原子會(huì)以兩種形式析出，即附著于已存在的硅團(tuán)簇

3、上以及聚集為新的硅團(tuán)簇。 在SiO2/Si/SiO2三明治結(jié)構(gòu)薄膜中生長(zhǎng)出了硅的柱狀晶，通過(guò)對(duì)晶粒形核生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行的熱力學(xué)理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，硅形核易于發(fā)生在Si/SiO2界面處，并且柱狀硅晶的{111}族晶面平行于Si/SiO2界面，其擇優(yōu)生長(zhǎng)是由能量最優(yōu)化所決定的，而孿晶的存在是受硅層中的應(yīng)力以及雜質(zhì)元素的存在所影響的。 對(duì)于SiOxNy薄膜，在退火后出現(xiàn)了氮元素流失的現(xiàn)象，并且發(fā)現(xiàn)氮流失程度越大，薄膜中硅結(jié)晶的狀況越好。