脉冲溅射功率对含硅量子点SiC_x薄膜的结构和光学特性的影响

采用射频和脉冲磁控共溅射法并结合快速光热退火法制备了含硅量子点的SiC_x薄膜.采用掠入射X射线衍射、喇曼光谱、紫外-可见-近红外分光光度计和透射电子显微镜对薄膜进行表征.研究了脉冲溅射功率对薄膜中硅量子点数量、尺寸、晶化率和薄膜光学带隙的影响.结果表明:当溅射功率从70 W增至100 W时,硅量子点数量增多,尺寸增至5.33nm,晶化率增至68.67%,而光学带隙则减至1.62eV;随着溅射功率进一步增至110 W时,硅量子点数量减少,尺寸减至5.12nm,晶化率降至55.13%,而光学带隙却增至2.23eV.在本实验条件下,最佳溅射功率为100 W.     

含纳米硅微粒的富硅二氧化硅的蓝色薄膜交流电致发光

用磁控射频反应溅射制备了含纳米硅微粒的富硅ＳｉＯ２薄膜并获得蓝色的交流薄膜电致发光，通过热退火结合喇曼散射等手段判定蓝色发光谱带与富硅ＳｉＯ２薄膜的纳米硅晶粒有关。     

包含硅量子点的富硅SiNx 薄膜结构与发光特性

采用等离子体增强化学气相沉积法, 以NH₃与SiH₄为反应气体, n型单晶硅为衬底, 低温(220 ℃)沉积了富硅氮化硅(SiN_x)薄膜. 在N₂氛围中, 于500–1100 ℃ 范围内对样品进行了热退火处理. 采用Raman 光谱技术分析了薄膜内硅量子点的结晶情况, 结果表明, 当退火温度低于950 ℃时, 样品的晶化率低于18%, 而当退火温度升为1100 ℃, 晶化率增加至53%, 说明大部分硅量子点都由非晶态转变为晶态. 实验通过Fourier 变换红外吸收(FTIR)光谱检测了样品中各键的键合结构演变, 发现Si–N键和Si–H键随退火温度升高向高波数方向移动, 说明了薄膜内近化学计量比的氮化硅逐渐形成. 实验还通过光致发光(PL)光谱分析了各样品的发光特性, 发现各样品中均有5个发光峰, 讨论了它们的发光来源, 结合Raman光谱与FTIR光谱表明波长位于500–560 nm的绿光来源于硅量子点, 其他峰则来源于薄膜内的缺陷态. 研究了硅量子点的分布和尺寸对发光带移动的影响, 并根据PL峰位计算了硅量子点的尺寸, 其大小为1.6–3 nm, 具有良好的限域效应. 这些结果有助于制备尺寸不同的硅量子点和基于硅量子点光电器件的实现. 关键词： 硅量子点 氮化硅薄膜 光致发光 Fourier 变换红外吸收     

磁控共溅射法沉积的硅量子点SiN_x薄膜的光谱特性

采用双极脉冲和射频磁控共溅射沉积法在不同温度的Si(100)衬底和石英衬底上制备了富硅SiNx薄膜。在氮气氛中,于1 050℃下采用快速光热退火热处理,获得了包含硅量子点的SiNx薄膜。采用Fourier变换红外光谱、Raman光谱、掠入射X射线衍射和光致发光光谱对退火后的薄膜样品进行了表征。结果显示:Fourier变换红外光谱中出现了富硅Si—N键,表明薄膜为富硅SiNx薄膜;当衬底温度不低于200℃时,薄膜样品的拉曼光谱中出现了硅纳米晶的Si—Si振动横光学模,掠入射X射线衍射中出现了明显的Si(111)和Si(311)的衍射峰,证实了硅量子点的形成;发现存在一最佳衬底温度(300℃),该条件下获得的硅量子点的数量和晶化率最高;衬底温度为300和400℃的样品的光致发光光谱中均有3个可见荧光峰,结合拉曼光谱结果,用纳米晶硅的量子限域效应和辐射复合缺陷态对荧光峰进行了合理解释;由光致发光光谱计算出的衬底温度为300和400℃的样品的硅量子点平均尺寸分别为3.5和3.4nm。这些结果有助于优化含硅量子点的SiNx薄膜的制备参数,在硅基光电子器件的应用方面有重要意义。     

纳米硅薄膜的量子特征及其应用前景

文章通过对纳米硅薄膜结构组分的研究,从实验和理论上共同探讨了其低维量子特征,并由此提出其电输运机制及其可见发光机理。最后,综合纳米硅薄膜的各种新颖物性,展望了其在纳米电子学和ＭＥＭＳ（微机电系统）领域内的应用前景。     

PbSe量子点硅酸盐玻璃光纤的制备及光纤光致荧光光谱特性

对钠硼铝硅酸盐玻璃熔体进行拉丝,再经过退火热处理,制备得到光纤直径80~130μm的PbSe量子点玻璃裸光纤.透射电镜分析发现光纤中PbSe量子点的晶粒尺寸为4.2~5.5nm,掺杂体积比约1%.对量子点光纤的柔性进行了初步测试.以980nm泵浦激光作为激励源,用荧光光谱仪观测了量子点光纤的荧光发射谱.结果表明:合适的量子点光纤的退火条件跟块玻璃不同.当退火温度为500~600℃、热处理时间为5~10h时,观测到量子点光纤有强烈的荧光辐射,峰值波长位于1 300~1 450nm,半高全宽达200~330nm.光纤最佳退火温度为600℃、时间7.5h.本文得到的量子点玻璃光纤可进一步制备成玻璃基底的量子点光纤型增益器件光纤放大器、光纤激光器等.     

CdSe量子点凝胶快速制备及其光谱特性

以水为反应溶剂,采用NaBH₄还原SeO₂并与过量CdSO₄反应,制备CdSe量子点凝胶。所得CdSe量子点凝胶直接干燥即得到固态粉体,若用聚乙二醇或谷胱甘肽等作为分散修饰剂可方便的转化成相应的溶胶,制备方法快速简单、成本低。CdSe量子点凝胶、粉体、溶胶均具有良好的光致发光特性,且性质稳定。结果表明反应物CdSO₄与SeO₂用量的摩尔比（Cd/Se值）和反应温度影响CdSe量子点的荧光特性。当制备凝胶的Cd/Se值由2.4:1增加12:1时,CdSe量子点-聚乙二醇溶胶的荧光强度增加,荧光发射峰由560nm红移到610nm;当制备凝胶的反应温度由40℃增加到90℃时,CdSe量子点-聚乙二醇溶胶的荧光发射峰由560nm红移到600nm。CdSe量子点-聚乙二醇溶胶的荧光量子产率20%左右。     

通过纳米硅中量子点的共振隧穿

用纳米硅(nc-Si∶H)薄膜制成了隧道二极管，并在其I-V曲线上发现了不连续的量子化台阶.二极管的I-V曲线可分成二部分：(1)0—7V，电流随外加电压增大而增大；(2)7—9V，电流随外加电压急剧增大并出现三个量子化台阶.量子化台阶的出现直接与纳米硅中的晶粒有关，根据nc-Si∶H的独特结构，对载流子的传导通道进行了讨论；用通过nc-Si∶H中量子点的共振隧穿对I-V曲线进行了初步解释. 关键词：     

插入生长AlGaAs薄膜对InAs量子点探测器性能的影响

利用分子束外延生长获得的两个InAs量子点样品制备了n型的量子点红外探测器.对于其中一个器件,在InAs量子点有源区的底部和顶部分别插入生长了AlGaAs势垒层.利用透射电阻显微技术研究了两个样品的结构特性;利用光致发光光谱和光电流谱研究了两个器件的光电性质.实验结果表明,AlGaAs层的插入对器件的探测性质有显著的影响.利用有三维效质量近似模型的计算结果,指认了带内光电流谱中峰结构的起源. 关键词： InAs 量子点 AlGaAs薄膜 光致发光光谱 有效质量近似模型     

插入生长AlGaAs薄膜对InAs量子点探测器性能的影响

利用分子束外延生长获得的两个InAs量子点样品制备了n型的量子点红外探测器.对于其中一个器件，在InAs量子点有源区的底部和顶部分别插入生长了AlGaAs势垒层.利用透射电阻显微技术研究了两个样品的结构特性；利用光致发光光谱和光电流谱研究了两个器件的光电性质.实验结果表明，AlGaAs层的插入对器件的探测性质有显著的影响.利用有三维效质量近似模型的计算结果，指认了带内光电流谱中峰结构的起源.     

纳秒单脉冲激光诱导AgInSbTe薄膜的相变特性

利用磁控溅射法在K9玻璃基底上制备了Ag8In14Sb55Te23(AIST)纳米薄膜,并利用激光抽运-探测技术测量了薄膜的时间分辨反射率变化特性。研究结果表明,在合适能量密度的单脉冲纳秒激光脉冲作用下,AIST薄膜可以快速从沉积非晶态转化为晶态结构,晶化过程包含中间熔化态。在较低能量密度范围内,反射率变化量和晶化时间都随能量密度变化呈线性增加趋势。     

CdSyTe1-y多晶薄膜的制备及光谱表征

采用真空共蒸发法制备了CdSyTe1-y(0≤y≤1)多晶薄膜,并用X射线衍射谱(XRD)、能量色散谱(EDS)研究了CdSyTe1-y多晶薄膜的结构、组分。实验结果表明:石英振荡法监控的组分与EDS谱结果较为一致;当y<0·3时,CdSyTe1-y多晶薄膜为立方结构,当y≥0·3时,CdSyTe1-y多晶薄膜为六方结构。采用XRD线形分析法可计算出CdSyTe1-y多晶薄膜晶粒大小约20～50nm。最后,用紫外-可见-近红外谱(UV-Vis-NIR),测得300～2500nmCdSyTe1-y多晶薄膜的透过率曲线,并结合一阶Sellmeier模型的折射率色散关系,表征了CdSyTe1-y多晶薄膜的光学性质,获得了CdS0·22Te0·78多晶薄膜的光学厚度d～535nm,光能隙Eg～1·41eV,以及吸收系数α(λ)、折射率n(λ)等光学量。结果也表明,采用真空共蒸发法可以制备需要组分的CdSyTe1-y多晶薄膜,对CdSyTe1-y多晶薄膜光学性质的表征方法可推广到其他的半导体薄膜材料。     

Ag:ZnO/SiO2 复合薄膜的制备与光学性能

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备Ag掺杂于ZnO层的Ag:ZnO/SiO2(AZSO)复合薄膜,采用XRD、SEM、UV-Vis和PL谱等手段对样品的晶体结构、微观形貌、透过率、吸收率及光致发光性能等进行表征,并观察了掺Ag量对复合薄膜光学性能的影响。XRD结果表明:样品经300℃退火处理后出现ZnO及单质Ag衍射峰;由SEM结果可观察到AZSO复合薄膜颗粒分散均匀,表面致密,其断面照片显示了薄膜的双层结构。UV-Vis吸收光谱结果表明:随着复合薄膜中Ag含量的增加,Ag与ZnO之间的电子转移及Ag颗粒的变大促使Ag的特征吸收峰呈现红移和宽化,样品的透过率也随之降低,吸收边向短波长方向移动,禁带宽度减小。PL谱结果表明:由于Ag的掺入减少了ZnO内空穴浓度并对复合薄膜的结构缺陷进行补偿,以及Ag在440nm附近的特征吸收,降低了复合薄膜的发光强度。     

退火对磁控溅射HfSi_xO_y薄膜光学性质的影响

采用射频反应磁控溅射方法在硅衬底制备了HfSixOy薄膜,用X射线光电子能谱(XPS)分析了HfSixOy薄膜的成分,用X射线衍射(XRD)检测了薄膜的结构,并用椭圆偏振光谱仪研究了退火处理对薄膜光学性质的影响。XRD谱显示,HfSixOy薄膜经700℃高温退火处理后仍为非晶态,而在900℃高温退火处理后出现晶化。采用Tauc-Lorentz(TL)色散模型对测试得到的曲线进行拟合并分析得出薄膜的光学常数,结果表明,薄膜的折射率随退火温度的升高而增加,而消光系数随退火温度的升高呈降低趋势。薄膜的光学带隙随着退火温度的升高增加,采用外推法得到薄膜沉积态和经500℃,700℃,900℃退火后的带隙分别为5.62,5.65,5.68,5.98eV。     

溅射气氛对N掺杂ZnO薄膜性能的影响

利用磁控溅射系统,N₂和Ar作为溅射气体,生长N掺杂ZnO薄膜。溅射气氛中氮气流量分别为0,8,20,32 mL/min,通过改变氮气的流量,研究薄膜性能的变化。结果发现,随着溅射气氛中氮气流量的增加,薄膜的电阻率增加,薄膜中N_O与(N₂)_O的掺杂浓度同时在变大。当氮气流量为8 mL/min时,N的有效掺杂效率最高。另外,随着溅射气氛中氮气流量的增加,薄膜的厚度在减小。     

退火温度对VOX薄膜结构及光学性质的影响

以高纯五氧化二钒(V2O5)粉末(纯度≥99.99%, 质量百分比)为原料, 采用真空蒸发--还原工艺, 在不同退火温度下还原出不同组分的VOX薄膜。利用X射线衍射仪, X射线光电子能谱仪和紫外-可见分光光度计对薄膜进行测试和分析, 得到了不同退火温度与薄膜结构和其光学特性的关系。结果显示: V2O5中的V5+随着退火温度的上升被还原, 退火温度为450℃时, V4+含量最高, 结晶最好, 500℃时, 薄膜组分表现出逆退火现象, 温度进一步升高, 钒再次被还原。     

Opto-Electronic Properties of MBE-Grown ZnSSe Thin Films on ITO Substrates

The opto-electronic properties of molecular-beam-epitaxy (MBE)-grown ZnSSe thin films on indium-tin-oxide (ITO) glass substrates were investigated in this work. Ultraviolet (UV) photoresponsivity as high as 0.01 A/W and three orders of visible rejection power were demonstrated. The results of d.c. resistivity measurements revealed that the resistivity of the ZnSSe thin films decreased as the crystal size increases and reaches a value of 4.3 × 10¹¹ Ω cm for a thin film grown at the optimized substrate temperature of 290°C. The results of a.c. impedance measurements performed in the frequency range of 40 to 4000 Hz further indicated that the impedance of this alloy thin film can provide a good match with the liquid crystal layer of a liquid crystal light valve for UV imaging applications.     

ZnO薄膜的光学性质研究

采用直流反应磁控溅射方法在玻璃基底上成功地淀积ｃ轴取向性好的ＺｎＯ薄膜。经过优化计算，获得并分析了不同氧分压下制备的ＺｎＯ薄膜的折射率ｎ和消光系数ｋ的数值；同时得到了吸收光学带隙Ｅｏｐｔ，用能带模型解释了Ｅｏｐｔ的变化规律。     

N掺杂对非晶C薄膜的电子结构与光学性质的影响

用直流磁控溅射法制备了非晶C薄膜及N掺杂非晶C(a-C∶N)薄膜,用紫外-可见分光光谱仪、椭圆偏振仪、俄歇电子能谱(AES)等对薄膜进行了检测。结果表明：随源气体中N气含量的增加,透过率和折射率变小, 而光学带隙先增大后减小; 当薄膜中N的含量很少,N的掺入对sp3杂化C起稳定作用,使得薄膜光学带隙E_g增大。而较高量N的掺入抑制了sp3杂化C的形成,提高了薄膜中sp2键含量,使得薄膜光学带隙变小。参数D定义为俄歇电子能谱(AES)中最大正峰和最低负峰之间的距离,用俄歇电子能谱中的D值来计算薄膜的sp2键的百分含量,俄歇电子能谱(AES)表征也表明：较高量的N的掺入抑制了sp3杂化C的形成。所以应该考虑在较低N分压条件下掺N来改善非晶C薄膜的光学性能。