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镶嵌在氮化硅薄膜中纳米硅发光机制研究

作　者: 张江勇
导　师: 丁文革
学　校: 河北大学
专　业: 光学
关键词: 纳米硅氮化硅光吸收光致发光发光机制
分类号: O484.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本工作采用螺旋波等离子体化学气相沉积技术制备了富硅氮化硅薄膜,利用拉曼散射谱(Raman)、傅立叶变换红外吸收(FTIR)谱、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见光吸收谱、光致发光(PL)和光致发光激发(PLE)谱技术对薄膜的微观结构、光学吸收及光致发光特性进行了表征与分析,并重点对其发光机理进行了详细探讨。微结构特性分析结果表明,所沉积薄膜为纳米硅／氮化硅镶嵌结构,纳米硅非连续地分布在氮化硅网络中,且随薄膜中氮含量增加,纳米硅颗粒尺寸减小；光吸收特性分析结果显示,纳米硅的量子限制效应和薄膜无序度均随尺寸减小而增强。PL谱研究结果发现,薄膜的发光表现为三个发光带的叠加：随纳米硅尺寸减小向短波长方向移动的可变发光带、基本固定在2.50 eV左右的绿色发光带和2.90 eV附近的蓝色发光带；PLE谱分析结果显示,三个发光带具有不同的来源：可变发光带与薄膜中的纳米硅相关,绿光带源于薄膜中硅悬键形成的缺陷中心发光,而蓝光带可归因于载流子在纳米硅周围的氮化硅介质中相关局域态上的辐射复合。对于与纳米硅相关的可变发光带,进一步分析表明,其发光过程可采用纳米硅量子限制效应激发-表面态发光模型进行解释,即光生载流子在纳米硅内部量子态上激发后弛豫到表面局域态经激子过程复合发光,发光能量低于纳米硅带隙,吸收和发光之间存在较大的Stokes位移。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-12
  1.1 硅基纳米发光材料的研究背景和意义  8-9
  1.2 纳米硅复合结构发光特性研究进展  9-10
  1.3 本论文的立论依据及内容  10-12
第2章实验原理和方法  12-16
  2.1 富硅氮化硅薄膜制备方法  12
  2.2 薄膜微结构特性分析技术  12-13
    2.2.1 傅立叶变换红外光谱(FTIR)  12
    2.2.2 拉曼散射谱(Raman)  12-13
  2.3 薄膜光学特性分析技术  13-16
    2.3.1 光致发光(PL)和光致发光激发(PLE)谱  13-14
    2.3.2 紫外-可见吸收光谱(UV-VIS)  14-16
第3章富硅氮化硅薄膜微结构及光吸收特性分析  16-24
  3.1 富硅氮化硅薄膜微结构特性分析  16-19
    3.1.1 不同配比样品微结构特性分析  16-18
    3.1.2 不同氢稀释比样品微结构特性分析  18-19
  3.2 富硅氮化硅薄膜光吸收特性分析  19-23
    3.2.1 不同配比样品光吸收特性分析  19-21
    3.2.2 不同氢稀释比样品光吸收特性分析  21-23
  3.3 本章小结  23-24
第4章富硅氮化硅薄膜发光特性分析  24-30
  4.1 富硅氮化硅薄膜的可调光致发光特性  24-25
    4.1.1 不同配比样品的PL谱  24
    4.1.2 不同氢稀释比样品的PL谱  24-25
  4.2 典型样品发光特性分析  25-29
  4.3 本章小结  29-30
第5章富硅氮化硅薄膜发光机制研究  30-42
  5.1 富硅氮化硅薄膜PL谱GAUSS分量拟合结果  30-32
    5.1.1 不同配比样品拟合结果  30-31
    5.1.2 不同氢稀释比样品拟合结果  31-32
  5.2 富硅氮化硅薄膜PLE谱分析  32-34
  5.3 富硅氮化硅薄膜发光起源分析  34-35
  5.4 富硅氮化硅薄膜载流子复合过程分析  35-38
  5.5 纳米硅复合结构发光特性影响因素分析  38-41
    5.5.1 纳米硅量子限制效应对薄膜发光特性的影响  38-39
    5.5.2 纳米硅界面特性对薄膜发光特性的影响  39-40
    5.5.3 氮化硅介质对薄膜发光特性的影响  40-41
  5.6 本章小结  41-42
结束语  42-44
参考文献  44-47
致谢  47

镶嵌在氮化硅薄膜中纳米硅发光机制研究

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