鋱離子摻雜碳氧化硅薄膜的制備與發(fā)光特性研究.pdf

1、近幾十年來，由于硅具有優(yōu)良的電學(xué)和機(jī)械等性能且在地球上儲(chǔ)量豐富，硅材料已被廣泛關(guān)注。但由于單晶硅是間接帶隙半導(dǎo)體，電子躍遷發(fā)出光子，需要吸收或發(fā)射一個(gè)聲子，這比電子直接躍遷發(fā)出光子幾率小得多，這使得單晶硅發(fā)光微弱。因此設(shè)計(jì)高效、穩(wěn)定的硅基發(fā)光材料是光電子技術(shù)中的關(guān)鍵問題。其中稀土摻雜硅基發(fā)光材料可以很好的改善硅基發(fā)光效率。因?yàn)橄⊥敛牧习l(fā)光性能優(yōu)良，其f-f躍遷的電子能級(jí)豐富、光譜峰形尖銳、顏色純度高，且稀土發(fā)光受外界影響小。此外，+3價(jià)

2、的稀土離子，每一電子層中都含有未成對(duì)的電子，躍遷時(shí)釋放光子，適合摻雜到發(fā)光材料中。因此，硅基薄膜中摻雜稀土材料是實(shí)現(xiàn)硅基發(fā)光的一條重要途徑。本文將稀土離子——鋱摻雜到母體材料 SiCxOy薄膜中，通過改變薄膜中碳元素的含量以及對(duì)樣品進(jìn)行不同溫度的退火，從而實(shí)現(xiàn)鋱離子的最優(yōu)發(fā)光，并分析其發(fā)光機(jī)制。
　　首先，研究母體材料 SiCxOy薄膜中氧含量對(duì)薄膜發(fā)光的影響機(jī)制。采用高頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(VHF-PECVD)在250

3、oC下制備一系列非晶SiCxOy薄膜。改變薄膜中氧組分的含量，氧組分的變化會(huì)影響SiCxOy薄膜發(fā)光性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。通過光致發(fā)光光譜(PL)研究發(fā)現(xiàn),隨著薄膜中氧組分的增加，其發(fā)光峰位由橙紅光逐漸向藍(lán)光移動(dòng),肉眼可見較強(qiáng)的發(fā)射光。熒光瞬態(tài)譜分析表明,薄膜的光子壽命在納秒量級(jí)。綜合觀察薄膜的 XPS、FTIR光譜以及Raman譜，對(duì)薄膜的相結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵合進(jìn)行表征,我們分析SiCxOy薄膜的可調(diào)光發(fā)射機(jī)制。
　　之后，研究鋱摻雜SiCxO

4、y薄膜中碳含量和退火溫度對(duì)鋱離子發(fā)光的影響機(jī)制。采用磁控濺射技術(shù)在250oC下制備一系列SiCxOy: Tb薄膜。因?yàn)楸∧ぶ羞m量的碳可以促進(jìn)形成納米硅團(tuán)簇，納米硅團(tuán)簇可以作為激子介導(dǎo)激發(fā)鋱離子發(fā)光。因此，當(dāng)薄膜中的碳適量時(shí)，以納米硅團(tuán)簇激發(fā)鋱離子發(fā)光為主，鋱離子的綠色發(fā)光增強(qiáng)。然而繼續(xù)增加薄膜中的碳含量時(shí)，鋱離子的發(fā)光強(qiáng)度反而減弱。這是由于薄膜中碳含量再增加時(shí)，以氧缺陷激發(fā)鋱離子發(fā)光為主，但是納米硅團(tuán)簇激子激發(fā)效果強(qiáng)于氧缺陷激子激發(fā)效果