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氢化纳米硅薄膜的光学常数和室温可见发光研究

作　者: 陈红
导　师: 沈文忠
学　校: 上海交通大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 氢化纳米硅 光学常数 可见光致发光 电子-声子耦合 量子限制效应 局域表面态 结构有序 掺杂
分类号: O484.41
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 389次
引　用: 4次
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内容摘要


硅材料是当今世界整个微电子产业的支柱,但是单晶硅(c-Si)间接带隙的属性阻碍了其在有效发光器件上的应用。人们努力寻找多种途径来使硅有效发光,其中一种方法就是通过能带工程实现低维结构的硅体系,例如硅纳米结构,目标是实现光电子和微电子系统的集成,这是当今国际上新兴的富有活力的热点研究领域—硅光电子学。典型的制备硅纳米结构的方法是利用化学气相沉积或溅射法把纳米量级的硅晶粒镶嵌在玻璃体SiO2、非晶氮化硅和氢化非晶硅(a-Si:H)网络里。由于低维状态下光学跃迁中动量不一定需要守恒,辐射复合跃迁几率增大,发光效率明显提高,人们已经利用量子限制效应在这些硅纳米结构中成功实现了发射波长可调的室温可见发光。氢化纳米硅(nc-Si:H)薄膜就是硅纳米晶粒镶嵌在a-Si:H网络里的这样一种硅纳米结构,它不仅能用于制备发光二级管,而且在薄膜太阳能电池、光存储器、隧穿二级管、薄膜晶体管以及单电子晶体管等光电器件方面也有潜在应用,因而引起人们的广泛兴趣。这使得对其光学性质的研究成为必需。然而,到目前为止,关于nc-Si:H光学常数的系统研究甚少,人们对其可见发光机制也没有彻底弄清楚,尽管已有多种解释的机制或模型。因此,研究nc-Si:H的光学性质、提高其发光效率,对推动硅光电子学的发展具有重要意义。

全文目录


中文摘要  3-8
英文摘要  8-15
第一章 绪论  15-22
  1.1 研究背景和现状  15-17
  1.2 本文的主要工作  17-20
  参考文献  20-22
第二章 纳米硅薄膜的制备、表征和器件应用  22-57
  2.1 硅基材料的分类  22-24
  2.2 纳米硅的制备方法  24-30
  2.3 氢化纳米硅薄膜的生长机制  30-38
    2.3.1 宏观和微观的生长机制  31-36
    2.3.2 氢的晶化和非晶化作用  36-38
  2.4 纳米硅的物性表征分析手段  38-46
    2.4.1 微观结构表征  38-44
    2.4.2 光学性质表征  44-46
    2.4.3 电学性质表征  46
  2.5 氢化纳米硅的电学输运机制  46-48
  2.6 基于纳米硅的光电器件应用  48-53
  2.7 本章小结  53-54
  参考文献  54-57
第三章 氢化纳米硅薄膜的光学常数  57-119
  3.1 半导体光学常数的提取方法  57-70
    3.1.1 直接法  59-62
    3.1.2 间接法  62-70
      3.1.2.1 包络法  62-67
      3.1.2.2 经验公式法  67-68
      3.1.2.3 介电函数模型  68-69
      3.1.2.4 有效介质近似  69-70
  3.2 包络法提取nc-Si:H 常温光学常数  70-79
  3.3 介电函数模型提取nc-Si:H 光学常数  79-102
    3.3.1 nc-Si:H 变温带间光学性质  79-95
    3.3.2 nc-Si:H 带隙以下光学性质  95-102
  3.4 用于纳米硅的两个介电函数模型的特点和用法  102-113
    3.4.1 Forouhi-Bloomer (FB)模型  103-105
    3.4.2 Tauc-Lorentz (TL)模型  105-112
    3.4.3 对FB 和TL 模型总的看法  112-113
  3.5 本章小结  113-114
  参考文献  114-119
第四章 氢化纳米硅薄膜的室温可见发光  119-142
  4.1 纳米硅或多孔硅的发光机制或模型  119-126
    4.1.1 量子限制模型  119-120
    4.1.2 表面态模型  120
    4.1.3 量子限制发光中心模型  120
    4.1.4 氢化非晶硅模型  120-121
    4.1.5 表面氢化物发光  121
    4.1.6 缺陷发光  121
    4.1.7 Islam-Kumar 模型  121-126
  4.2 n 型氢化纳米硅薄膜的室温可见发光  126-134
  4.3 p 型氢化纳米硅薄膜的室温可见发光  134-139
  4.4 本章小结  139-140
  参考文献  140-142
第五章 总结  142-145
  5.1 本文的主要结论和创新点  142-144
  5.2 下一步的工作及展望  144-145
致谢  145-146
硕博连读期间已发表文章、申请专利和获得奖励  146-149

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学 > 薄膜的性质 > 光学性质
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