磷在SiO2-Si系统中的扩散

用中子激活方法,对气态P₂O₅在SiO₂-Si系统中的扩散分布进行了直接测量。样品为p型Si单晶,电阻率为3—5欧姆·厘米,氧化层是在1250℃下水汽中生长的,其厚度为0.45—0.47微米。实验结果表明:对于完全掩蔽的样品,磷在SiO₂层中的浓度分布有个陡峭的边界;对于掩蔽失效情形,在靠近SiO₂-Si交界面约0.1微米的SiO₂层内,磷的浓度显著地降低,出现一个明显的交界层,在交界层以外的SiO₂层中磷的浓度是均匀的和恒定的,而交界层中磷的浓度及磷在Si中的表面浓度都随时间的延长而显著地升高,文中对所得的结果作了简单讨论。     

磷在硅表面氧化层中的扩散

用示踪原子方法,研究了磷(Na₂HP³²O₄)在p型硅表面氧化层中的扩散。硅单晶的电阻率为5—6欧姆·厘米。氧化层是在高温下水汽中生长的,其厚度为0.5—0.6微米,是用灵敏度为10^-5克/刻度的微量天平测定的。发现在1245℃时氧化层的生长规律服从X^1.85=1.4×10^-2t,其中X为氧化层的厚度,单位为微米;t为氧化层的生长时间,单位为分钟。其红外吸收的测量结果与文献中的数据基本一致。扩散是在充满空气的封闭石英管中进行的,扩散温度为700—1250℃,扩散时间从4分钟到5小时。实验结果表明,磷在SiO₂层中的浓度分布不能直接用菲克第二定律描述,它可以看成是一个均匀分布和一个遵守菲克第二定律的分布的迭加。按后一种分布得到在700—1200℃范围内的扩散系数的温度依赖关系:D=1.9×10^-9exp(-1.1/kT)厘米²/秒。均匀分布部分的浓度为(1—8)×10¹⁹原子/厘米³。大中对所用方法和所得结果作了简单讨论.     

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.     

磷通过热生长二氧化硅层在硅中的扩散

用四探针测量薄层电导方法及阳极氧化去层技术,测定了磷在硅中扩散的具体分布,在恒表面浓度下,它们偏离余误差函数分布。如认为这是由于扩散系数是杂质浓度的函数,实验得到了当杂质浓度大于10¹⁹原子/厘米³时,扩散系数随杂质浓度增加而增大的强烈依赖关系。用同样方法测定了磷通过二氧化硅层后在硅中扩散的具体分布,研究了这些杂质分布的特性,实验表明,不同厚度的氧化层在1300℃高温下仍具有掩蔽效应,在完全掩蔽失效时间附近,杂质分布的共同特点是表面浓度较低(～10¹⁷原子/厘米³)、结较浅(～1微米)。对不同厚度的氧化层,经过足够的时间后,硅中表面浓度不受氧化层厚度的影响,而只由扩散源的蒸气压决定。磷通过氧化层后扩散的具体分布情况还与扩散源的性质、条件等密切相关。扩散过程中观察到的氧化层厚度增长有可能影响表面附近杂质的具体分布情况。     

不同衬底对单层二硫化钼光学性质的影响研究

我们通过化学气相沉积法成功地在石英、蓝宝石和SiO_2/Si衬底表面生长出单层二硫化钼,然后将SiO_2/Si表面的样品转移到金膜和另一片SiO_2/Si衬底表面,并对这四种不同衬底上的单层二硫化钼的荧光光谱和拉曼光谱进行研究.结果发现不同的衬底可以通过两种方式影响二硫化钼的拉曼和荧光光谱:一是应力作用使E12g拉曼特征峰发生移动,同时改变直接带隙的带宽;二是不同类型的掺杂影响A1g拉曼特征峰位,并改变光跃迁中的中性激子辐射复合和带电激子辐射复合过程的比重,从而使荧光光谱中的A1峰位发生移动.     

MoSi_2(001)表面的氧吸附行为

运用第一原理密度泛函理论方法,首先计算了MoSi_2各清洁表面的表面能,(001)Si-|-Si断面具有较低的表面能,是MoSi_2最可能的解理面;通过生成能及键布居分析研究了单氧原子、双氧原子及氧分子在(001)Si-|-Si断面的吸附行为,发现单氧原子在空位处吸附最稳定,此时O极易与Si结合,得到的Si-O-Si键长及键角与SiO_2的非常接近,表明低浓度下O极易与表面的Si结合生成SiO_2;双氧原子发生空位+顶位吸附时O原子除与Si有强作用外,可与Mo有一定相互作用;氧分子以平行的方式接近空位最有利于吸附,此时氧分子最易分解为氧原子,发生氧原子在空位的吸附.     

掺杂对多层Ge/Si(001)量子点光致发光的影响

利用超高真空化学气相沉积设备, 在Si (001) 衬底上外延生长了多个四层Ge/Si量子点样品. 通过原位掺杂的方法, 对不同样品中的Ge/Si量子点分别进行了未掺杂、磷掺杂和硼掺杂. 相比未掺杂的样品, 磷掺杂不影响Ge/Si量子点的表面形貌, 但可以有效增强其室温光致发光; 而硼掺杂会增强Ge/Si量子点的合并, 降低小尺寸Ge/Si量子点的密度, 但其光致发光会减弱. 磷掺杂增强Ge/Si量子点光致发光的原因是, 磷掺杂为Ge/Si量子点提供了更多参与辐射复合的电子. 关键词： Ge/Si量子点 磷掺杂 光致发光     

p型硅MOS结构Si/SiO_2界面及其附近的深能级与界面态

用深能级瞬态谱(DLTS)技术系统研究了Si/SiO_2界面附近的深能级和界面态。结果表明,在热氧化形成的Si/SiO_2界面及其附近经常存在一个浓度很高的深能级,它具有若干有趣的特殊性质,例如它的DLTS峰高度强烈地依赖于温度,以及当栅偏压使费密能级与界面处硅价带顶的距离明显小于深能级与价带顶的距离时,仍然可以观测到一个很强的DLTS峰。另外,用最新方法测量的Si/SiO_2界面连续态的空穴俘获截面与温度有关,而与能量位置无明显关系,DLTS测量的界面态能量分布与准静态C-V测量的结果完全不一致。本文提出的Si/SiO_2界面物理模型能合理地解释上述问题。     

梯度封装胶结构设计提升白光LED光色性能

提出一种具有梯度双层掺杂纳米颗粒封装胶结构的白光LED模块,采用热溶液法在倒装芯片表面涂覆掺杂一定浓度TiO_2纳米颗粒的remote层和荧光胶薄膜层,制备成模块样品。利用仪器设备对样品的光色性能进行测试和机理分析。实验结果表明,在芯片和荧光胶薄膜间添加remote层,中心法线处的光提取率比未涂覆remote层增加了32.35%,拟合直线斜率趋向水平,光子空间分布均匀性改善明显。荧光胶薄膜掺杂SiO_2颗粒,随着SiO_2掺杂浓度增加,色温分布曲线逐渐平缓,平均色温由掺杂浓度为0%时的6199.66K下降到5103.24K,下降了21.48%。光通量测量值随着SiO_2掺杂浓度增加先提升后下降,掺杂浓度为0.6%时,达到最大值181mlm,相较于未掺杂SiO_2颗粒提高了9.70%。双层结构白光LED模块界面间通过梯度递减折射率的方式提高光子提取效率,空间颜色的一致性改善明显,为提高白光LED模块的品质提供一种借鉴。     

应变Si沟道nMOSFET阈值电压模型

在研究分析弛豫SiGe衬底上的应变Si 沟道nMOSFET纵向电势分布的基础上,建立了应变Si nMOSFET阈值电压模型,并利用该模型对不同的器件结构参数进行仿真,获得了阈值电压与SiGe层掺杂浓度和Ge组分的关系、阈值电压偏移量与SiGe层中Ge组分的关系、阈值电压与应变Si层掺杂浓度和厚度的关系. 分析结果表明：阈值电压随SiGe层中Ge组分的提高而降低,随着SiGe层的掺杂浓度的提高而增大;阈值电压随应变Si层的掺杂浓度的提高而增大,随应变Si层厚度增大而增大. 该模型为应变Si 器件阈值电压设计 关键词： 应变硅 阈值电压 电势分布 反型层     

Ce掺杂Si纳米线的制备及其蓝光发射特性

以抛光和“金字塔”织构表面的单晶Si(100)为衬底,分别以Au和Au-Al为金属催化剂,在温度为1 100 ℃、N₂气流量为1 500 sccm、生长时间为15～60 min等工艺条件下,制备了直径约为50～200 nm、长度为数微米至数十微米和不同分布的Si纳米线。然后,利用CeO₂粉末为掺杂剂,在温度为1 100～1 200 ℃、N₂流量为1 000 sccm、掺杂时间为30～60 min等工艺条件下对Si纳米线进行Ce掺杂。实验研究了不同Si纳米线长度、密度和分布等对Ce3+蓝光发射的影响。室温下利用Hitachi F-4600型荧光分光光度计对样品的激发光谱和发射光谱进行了测试和分析,同时利用FLS920全功能型荧光光谱仪对样品的荧光量子效率进行了测试。结果表明,在Si纳米线生长时间为30 min、织构表面和密度相对较低时以及最佳激发光波长为328 nm时,样品发射光波长为405 nm(5d→2F_5/2)荧光强度较大,实现了强的蓝光发射,其荧光量子效率达到了65.57%。通过光谱功率分布和CIE-1931标准公式进行计算,Ce掺杂Si纳米线样品的色坐标为(0.16, 0.03);发光强度大,量子效率高使其在照明、显示等领域有着潜在的应用价值,同时对Si纳米线在发光领域的研究和应用具有一定的参考价值。     

氧化物隔离对Si基片上生长L1_0相FePt薄膜磁性的影响

用MgO和SiO_2两种氧化物将FePt薄膜与Si(100)基片隔离,分析隔离层在FePt层发生A1→L1_0转变过程中的作用,寻找用Si母材涂敷L1_0-FePt磁性层来提高磁力显微镜针尖矫顽力的合理方案.采用磁控溅射法在400?C沉积Fe Pt薄膜,在不同温度进行2 h的真空热处理,分析晶体结构和磁性的变化.结果表明:没有隔离层,Si基片表层容易发生扩散,50 nm厚FePt薄膜的矫顽力最大只有5kOe(1 Oe=10~3/(4π)A·m~(-1));而插入隔离层,矫顽力可以超过10 kOe;MgO在Si基片上容易碎裂,热处理温度不能高于600?C,用作隔离层,FePt的最大矫顽力为12.4 kOe;SiO_2与Si基片的晶格匹配更好,热膨胀系数差较小,能承受的最高热处理温度可以超过800?C,使得Fe Pt的矫顽力可以在5 kOe到15 kOe范围内调控,更适合用于制作矫顽力高并可控的磁力显微镜针尖.     

掺杂Si/SiO_2界面电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在局域密度近似(LDA)下研究了B掺杂Si/SiO_2界面及其在压强作用下的电子结构和光学性质.能带的计算结果表明:掺杂前后Si/SiO_2界面均属于直隙半导体材料,但掺B后界面带隙由0. 74 eV减小为0. 57 eV,说明掺B使材料的金属性增强;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,发现随着压强不断增大,Si/SiO_2界面的带隙呈现了逐渐减小的趋势,并且由直隙逐渐转变为间隙.光学性质的计算结果表明:掺B对Si/SiO_2界面在低能区(即红外区)的介电函数虚部、吸收系数、折射率以及反射率等光学参数有显著影响,且在红外区出现新的吸收峰;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,随着压强增大,红外区的吸收峰逐渐消失,而在紫外区出现了吸收峰.上述结果表明,对Si/SiO_2界面掺B及施加正压强均可调控Si/SiO_2界面的电子结构与光学性质.本文的研究为基于Si/SiO_2界面的光电器件研究与设计提供一定的理论参考.     

硅衬底生长的InGaN/GaN多层量子阱中δ型硅掺杂n-GaN层对载流子复合过程的调节作用

为了解决在单晶硅衬底上生长的InGaN/GaN多层量子阱发光二极管器件发光效率显著降低的问题,使用周期性δ型Si掺杂的GaN取代Si均匀掺杂的GaN作为n型层释放多层界面间的张应力。采用稳态荧光谱及时间分辨荧光谱测量,提取并分析了使用该方案前后的多层量子阱中辐射/非辐射复合速率随温度（10~300 K）的变化规律。实验结果表明引入δ-Si掺杂的n-GaN层后,非辐射复合平均激活能由（18±3）meV升高到（38±10）meV,对应非辐射复合速率随温度升高而上升的趋势变缓,室温下非辐射复合速率下降,体系中与阱宽涨落有关的浅能级复合中心浓度减小,PL峰位由531 nm左右红移至579 nm左右,样品PL效率随温度的衰减受到抑制。使用周期性δ型Si掺杂的GaN取代Si均匀掺杂的GaN作为生长在Si衬底上的InGaN/GaN多层量子阱LED器件n型层,由于应力释放,降低了多层量子阱与n-GaN界面、InGaN/GaN界面的缺陷密度,使得器件性能得到了改善。     

新型Ba3SiO5:Eu荧光粉的合成及光谱性质

以BaCO_3、SiO_2、Eu_2O_3为原料在还原气氛下采用高温固相法制备了Ba_3SiO_5∶Eu荧光粉体。实验结果表明,制备Ba_3SiO_5的最佳工艺条件是Ba/Si比为3,1 200℃保温4 h。光谱分析表明,Ba_3SiO_5∶Eu荧光粉在254,365,410 nm激发下发射主峰为566 nm(Eu~(2+)的4f~n~(-1)5d→4f~n)宽带发射,量子效率分别为70%、50%、10%,荧光寿命为百纳秒级;以566 nm为监视波长测得激发谱为主峰在250～450 nm范围内的宽带发射,主峰为360 nm,且在410 nm出现小峰; Eu离子最佳掺杂浓度为5%,由发光强度随掺杂离子浓度变化曲线,可以得出Ba_3SiO_5中Eu离子能量传递是基于电四级-电四级作用。     

Au/(SiO2/Si/SiO2)纳米双势垒/n+-Si结构的电致发光研究

利用射频磁控溅射方法 ,在n Si衬底上淀积SiO2 /Si/SiO2 纳米双势垒单势阱结构 ,其中Si层厚度为 2至 4nm ,间隔为 0 .2nm ,邻近n Si衬底的SiO2 层厚度固定为 1.5nm ,另一SiO2 层厚度固定为 3nm .为了对比研究 ,还制备了Si层厚度为零的结构 ,即SiO2 (4.5nm) /n Si结构 .在经过 6 0 0℃氮气下退火 30min ,正面蒸上半透明Au膜 ,背面也蒸Au作欧姆接触后 ,所有样品都在反向偏置 (n Si的电压高于Au电极的电压 )下发光 ,而在正向偏压下不发光 .在一定的反向偏置下 ,电流和电致发光强度都随Si层厚度的增加而同步振荡 ,位相相同 .所有样品的电致发光谱都可分解为相对高度不等的中心位于 2 .2 6eV(5 5 0nm)和 1.85eV(6 70nm)两个高斯型发光峰 .分析指出该结构电致发光的机制是 :反向偏压下的强电场使Au/ (SiO2 /Si/SiO2 )纳米双势垒 /n Si结构发生了雪崩击穿 ,产生大量的电子 空穴对 ,它们在纳米SiO2 层中的发光中心 (缺陷或杂质 )上复合而发光 .     

偶氮氯膦Ⅲ光度法测定工业硅中微量钙

乙醇存在下 ,钙与偶氮氯膦 在微酸性溶液中形成 1∶ 2的蓝色络合物。最大吸收波长 6 6 0— 6 6 5 nm,表观摩尔吸光系数为 3.4 8× 10 4L· mol-1· cm-1;钙浓度在 2— 12 μg/2 5 m L范围内符合比耳定律。以EDTA为掩蔽剂 ,可直接测定工业硅中的微量钙。     

稀土元素Ce热引入Si单晶中及Ce在Si中的扩散系数

利用真空淀积和真空热处理(1050℃,20h)向Si单晶中引入了稀土元素Ce,热处理过程中Ce首先与Si形成合金,然后向Si中扩散,于是在Si中形成Ce的扩散层。用二次离子质谱(SIMS)技术测定了Ce的纵向相对浓度分布,并据此分析了Ce在Si中的扩散系数。并在77—450K范围内测量了扩散层的平均电导率。 关键词：     

MoO_3/Si界面区钼掺杂非晶氧化硅层形成的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,通过模拟MoO_3/Si界面反应,研究了MoO_x薄膜沉积中原子、分子的吸附、扩散和成核过程,从原子尺度阐明了缓冲层钼掺杂非晶氧化硅(a-SiO_x(Mo))物质的形成和机理.结果表明,在1500 K温度下, MoO_3/Si界面区由Mo, O, Si三种原子混合,可形成新的稳定的物相.热蒸发沉积初始时, MoO_3中的两个O原子和Si成键更加稳定,同时伴随着电子从Si到O的转移,钝化了硅表面的悬挂键. MoO_3中氧空位的形成能小于SiO_2中氧空位的形成能,使得O原子容易从MoO_3中迁移至Si衬底一侧,从而形成氧化硅层;替位缺陷中, Si替位MoO_3中的Mo的形成能远远大于Mo替位SiO_2中的Si的形成能,使得Mo容易掺杂进入氧化硅中.因此,在晶硅(100)面上沉积MoO_3薄膜时, MoO_3中的O原子先与Si成键,形成氧化硅层,随后部分Mo原子替位氧化硅中的Si原子,最终形成含有钼掺杂的非晶氧化硅层.     

用四探针及阳极氧化方法测量硅中扩散层杂质分布

本文讨论了:(1)用阳极氧化法在硅片表面去层的技术;(2)用四探针测量扩散层面电导的方法;(3)用阳极氧化去层及四探针测量面电导方法求得扩散层精细杂质分布。文中着重讨论了实验技术中的实际问题,如如何在阳极氧化过程中取得精细而均匀的去层(300—1500?);如何控制及测量去层厚度;测量面电导及杂质分布时的误差来源及减小误差的措施。以典型的磷在硅中扩散的杂质分布测量为例:扩散深度为4.9μm,测量间距为400—1600?,面电导测量误差估计小于3％,杂质分布误差估计小于20％。简单地提出了一些测量中尚待进一步解决的问题。