a-Si/SiO2多量子阱材料制备及其晶化和发光

本文研究用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)方法淀积SiO2和非晶硅(a-Si)时淀积速率和薄膜折射率与淀积条件的关系。选择合适的淀积条件制备了a-Si/SiO2多量子阱结构材料。用激光扫描退火方法使其晶化,当a-Si和SiO2层厚度分别为4nm和6nm时,形成了颗粒大小为3.8nm的硅晶粒。晶化后的样品在10K下可以观察到较强的光荧光发射,三个峰值波长分别为810、825和845nm.     

激光干涉结晶技术制备二维有序分布纳米硅阵列

利用结合移相光栅掩模 (PSGM) 的激光结晶技术在超薄a-SiN_x/a-Si:H/ a-SiN _x三明治结构样品中制备出二维有序分布的纳米硅阵列.原始样品是用等离子体 增强化学气相淀积法生长.a-Si:H层厚为10nm，a-SiN_x 为50nm，衬底材料为SiO ₂/Si或 熔凝石英.原子力显微镜、剖面透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜对样品表面形貌和 微结构的观测结果表明，采用该方法可以在原始淀积的a-Si:H层中得到位置可控的晶化区域 ：每个晶化区域直径约250nm，具有同PSGM一致的2μm周期；晶化区域内形成的纳米硅 颗粒尺寸接近原始淀积的a-Si:H层厚，且晶粒的择优取向为<111>. 关键词： 纳米硅 激光结晶 定域晶化 移相光栅     

原位等离子体逐层氧化a-Si:H/SiO2多层膜的光致发光研究

采用在等离子体增强化学汽相沉积系统中沉积a-Si:H和原位等离子体逐层氧化的方法制备a-Si:H/SiO2多层膜.改变a-Si:H层的厚度，首次在室温下观察到来自a-Si:H/SiO2多层膜较强的蓝色光致发光和从465到435nm的蓝移.x射线能谱证明，SiO2层是化学配比的SiO2；C-V特性表明，a-Si:H/SiO2界面得到了很好的钝化；透射电子显微镜表明，样品形成了界面陡峭的多层结构.结合光吸收谱和光致发光谱的研究，对其发光机理进行了讨论.用一维量子限制模型对光致发光峰随着a-Si:H层厚度的减小 关键词： a-Si:H/SiO2多层膜 光致发光     

氮化硅介质中双层纳米硅薄膜的两级电荷存储

研究镶嵌在超薄非晶氮化硅(a-SiN_x)层之间的双层纳米硅(nc-Si)的电荷存储现象.利用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术在硅衬底上制备a-SiN_x/a-Si/a-SiN_x/a-Si/a-SiN_x多层薄膜结构.采用常规热退火方法使非晶硅(a-Si)层晶化，形成包含双层nc-Si的金属-氮化物-半导体(MIS)结构.通过电容电压(C-V)特性测量，观测到该结构中由于电荷存储引起的C-V回滞现象，并在室温下成功观察到载流子基于Fowler-Nordheim(F-N)隧穿注入到第一层、第二层nc-Si的两级电荷存储状态.结合电流电压(I-V)特性的测量，对电荷存储的机理进行了深入分析. 关键词： 纳米硅 氮化硅 电容电压法 电流电压法     

a-SiCx:H/nc-Si:H多层薄膜的室温时间分辨光致可见发光

在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中,通过控制进入反应室的气体种类逐层沉积非晶SiCx：H(a-SiCx：H)和非晶Si：H(a-Si：H)薄膜,然后经过高温热退火处理,成功制备了晶化纳米a-SiCx：H／nc-Si：H(多晶SiC和纳米Si)多层薄膜。利用截面透射电子显微镜技术分析了a-SiCx：H／nc-Si：H多层薄膜的结构特性。通过对晶化样品的时间分辨光致发光谱的研究,结果表明：随着退火温度的升高,发光峰位置开始出现一些红移现象：当退火温度为900℃时,样品的发光强度和发光衰减时间分别达到最大值和最小值;随着退火温度的继续升高,发光峰位置又开始出现蓝移现象。由此探讨纳米a-SiCx：H／nc-Si：H多层薄膜的发光特性和发光机理。     

尺寸可控的纳米硅的生长模型和实验验证

基于经典热力学理论，对a-SiN_x/a-Si:H/a-SiN_x三明治结构或a-Si:H/a-SiN_x多层膜结构中纳米硅成核，以及从球形到鼓形的生长过程进行了研究. 建立了限制性晶化理论模型：在纳米硅生长过程中，由于界面能增大将导致生长停止，给出限制性晶化条件——a-Si:H子层厚度小于34 nm. 在激光晶化和常规热退火两种方法形成的a-SiN_x/nc-Si/a-SiN_x三明治结构和nc-Si/a-SiN_x多层膜结构中验证了该理论模型. 关键词： 非晶硅 纳米硅 激光辐照 结晶     

激光限制结晶技术制备nc-Si/SiO2多层膜

在等离子体增强化学气相淀积系统中，采用aSi:H层淀积和原位等离子体氧化相结合的逐层生长技术制备了aSi:H/SiO_2多层膜.在激光诱导限制结晶原理基础上，使用KrF准分子脉冲激光为辐照源，对aSi:H/SiO_2多层膜进行辐照，使纳米级厚度的aSi:H子层晶化.Raman散射谱和电子衍射谱的结果表明，经过激光辐照后纳米Si颗粒在原始的aSi:H子层内形成，晶粒尺寸可以根据aSi:H层的厚度精确控制.还研究了样品的光致发光（PL）特性以及激光辐照能量密度对PL性质的影响. 关键词： 脉冲激光 多层膜 限制结晶     

a-Si ∶H/SiO2多量子阱材料制备及其光学性能和微结构研究

利用等离子体增强化学气相沉积技术制备了a-Si ∶H/SiO₂多量子阱结构材料.对a-Si ∶H/SiO₂多量子阱样品分别进行了3种不同的热处理,其中样品经1100 ℃高温退火可获得尺寸可控的nc-Si:H/SiO₂量子点超晶格结构,其尺寸与非晶硅子层厚度相当.比较了a-Si ∶H/SiO₂多量子阱材料与相同制备工艺条件下a-Si ∶H材料的吸收系数,在紫外/可见短波段前者的吸收系数明显增大,光学吸收边蓝移,说明该材料 关键词： 多量子阱 量子限制效应 光学吸收 能带结构     

nc-Si:H/α-SiC:H多层膜的结构与光吸收特性

利用等离子体增强化学气相沉积工艺制备了α-Si:H/α-SiC:H多层膜结构,并在900—1000?C下进行了高温退火处理,获得了尺寸可控的nc-Si:H/α-SiC:H多层膜样品.Raman测量表明,900?C以上的退火温度可以使α-Si:H层发生限制晶化.透射电子显微镜照片显示出α-Si:H层中形成的Si纳米晶粒的纵向尺寸被α-SiC:H层所限制,而与α-Si:H层的厚度相当,晶粒的择优取向是?111?晶向.傅里叶变换红外吸收谱则清楚地显示出,高温退火导致多层膜中的H原子大量逸出,以及α-SiC:H层中有更多的Si-C形成.对nc-Si:H/α-SiC:H多层膜吸收系数的测量证明,多层膜的吸收主要由nc-Si:H层支配,随着Si晶粒尺寸减小,多层膜的光学带隙增大,吸收系数降低.而当nc-Si:H层厚度不变时,α-SiC:H层厚度变化则不会引起多层膜吸收系数以及光学带隙的改变.     

a—Si：O：H薄膜微结构及其高温退火行为研究

以微区Raman散射、X射线光电子能谱和红外吸收对等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法制备的氢化非晶硅氧（a-Si:O:H)薄膜微结构及其退火行为进行了细致研究。结果表明a-Si:O:H薄膜具有明显的相分离结构,富Si相镶嵌于富O相之中,其中富Si相为非氢化四面体结构形式的非晶硅（a-Si),富O相为Si,O,H三种原子随机键合形成的SiOx:H(x≈1.35)。经1150℃高温退火,薄膜中的H全部释出;SiOx:H(x≈1.35)介质在析出部分Si原子的同时发生结构相变,形成稳定的SiO2和SiOx(x≈0.64);在析出的Si原子参与下,薄膜中a-Si颗粒固相晶化的成核和生长过程得以进行,形成纳米晶硅（nc-Si),研究发现此时的薄膜具有典型的壳层结构,在nc-Si颗粒表面和外围SiO2介质之间存在着纳米厚度的SiOx(x≈0.64)中间相。     

a-Si∶O∶H薄膜微结构及其高温退火行为研究

以微区Raman散射、X射线光电子能谱和红外吸收对等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法制备的氢化非晶硅氧(a-Si∶O∶H)薄膜微结构及其退火行为进行了细致研究.结果表明a-Si∶O∶H薄膜具有明显的相分离结构,富Si相镶嵌于富O相之中,其中富Si相为非氢化四面体结构形式的非晶硅(a-Si),富O相为Si,O,H三种原子随机键合形成的SiO_x∶H(x≈1.35).经1150℃高温退火,薄膜中的H全部释出;SiO_x∶H(x≈1.35)介质在析出部分Si原子的同     

The charge storage of the nc—Si layer

Sandwiched structures (a-SiN_x/a-Si/a-SiN_x) have been fabricated by the plasma enhanced chemical vapour deposition technique. A Si nanocrystal (nc-Si) layer was formed by crystallization of an a-Si layer according to the constrained crystallization principle after quasi-static thermal annealing at 1100℃ for 30 min. Transmission electron microscopy (TEM) and Raman scattering spectroscopy clearly demonstrated that nc-Si grains were formed in the as-deposited a-Si layer after annealing. The density of nc-Si grains is about 10¹¹cm^-2 as shown by TEM photographs. Using capacitance－voltage (C－V) measurements we investigated the electrical characteristics of the sandwiched structures. The charge storage phenomenon of the nc-Si layer was observed from the shift of flat-band voltage (V_FB) in C－V curves at a high frequency (1 MHz). We estimated the density of nc-Si grains to be about 10¹¹cm^-2 from the shift value of V_FB, which is in agreement with the result of TEM photographs. At the same time, we found that the shift of V_FB increased with the increase of the applied constant dc voltage or the thickness of the nc-Si layer.     

纳米Si/SiO2多层膜的结构表征及发光特性

采用等离子体化学气相沉积系统生长非晶硅薄膜并用原位等离子体氧化的方法制备出具有不同子层厚度的非晶Si/SiO₂多层膜,然后利用限制性晶化原理使非晶硅层晶化生成纳米硅。利用Raman、TEM等手段对薄膜结构进行了系统表征,在室温下观测到了光致发光信号,其发光峰峰位在750nm附近。进而在样品上下表面蒸镀电极,构建了电致发光原型器件并观测到了室温下的电致发光谱,开启电压约为6V,有两个明显的发光带,分别位于在650nm和520nm处。初步探讨了纳米硅及纳米硅/二氧化硅界面态对发光特性的影响。     

Structural and optical properties of Si/SiO2 multi-quantum wells

Structural and optical properties of Si/SiO₂ multi-quantum wells (MQW) were investigated by means of Raman scattering and photoluminescence (PL) spectroscopy. The MQW structures were fabricated on a quartz substrate by remote plasma enhanced chemical vapour deposition (RPECVD) of alternating amorphous Si and SiO₂ layers. After layer deposition the samples were subjected to heat treatments, i.e. rapid thermal annealing (RTA) and furnace annealing. Distinct PL signatures of confined carriers evidenced formation of Si-nanocrystals (nc-Si) in annealed samples. Analyses of Raman spectra also show presence of nc-Si phase along with amorphous-Si (a-Si) phase in the samples. The strong influence of the annealing parameters on the formation of nc-Si phase suggests broad possibilities in engineering MQW with various optical properties. Interestingly, conversion of the a-Si phase to the nc-Si phase saturates after certain time of furnace annealing. On the other hand, thinner Si layers showed a disproportionately lower crystalline volume fraction. From the obtained results we could assume that an interface strain prevents full crystallization of the Si layers and that the strain is larger for thinner Si layers. The anomalous dependence of nc-Si Raman scattering peak position on deposited layer thickness observed in our experiments also supports the above assumption.     

Comparative investigation of unipolar resistance switching effect of Pt/Mg0.6Zn0.4O/Pt devices with different electrode patterns for nonvolatile memory application

In this report, we study crystallization and Raman spectral and transmission electron microscopy (TEM) changes in amorphous and nanocrystalline Si. Micro-Raman spectra combined with TEM show that considerable crystallization occurs in a-Si:H and a-Si(Al) (the structure of aluminum-diffused amorphous Si/Al/c-Si), but no additional crystallization was observed for nc-Si:H, after the exposure to a laser or accelerating electrons. Meanwhile, moving toward lower or higher energy for a-Si:H and nc-Si:H, by contrast, the Raman shift appeared for a-Si(Al) as if it were for single-crystalline Si, in which it remained constant at one energy, as the laser intensity increased or decreased.