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/SiO_{2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⁺-S i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600℃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2.26eV(550nm)和1.85eV (670nm)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. 关键词： 电致发光 纳米双势垒 高斯型发光峰 雪崩击穿}     

Si／SiNx／SiO2多层膜的光致发光

采用射频磁控溅射法,制备了具有强光致可见发光的纳米Si/SiNx/SiO2多层膜,利用傅立叶红外吸收(FTIR)谱,光致发光(PL)谱对其进行了研究。用260nm光激发得到的PL谱中观察到高强度的392nm(3.2eV)和670nm(1.9eV)光致发光峰,分析认为它们分别来自于缺陷态≡Si-到价带顶和从导带底到缺陷态≡Si-的辐射跃迁而产生的光致激发辐射复合发光。PL谱中只有370nm(3.4eV)处发光峰的峰位会受退火温度的影响,结合FTIR谱认为370nm发光与低价氧化物—SiOx(x<2.0)结合体有密不可分的关系。当SiO2层的厚度增大时,发光强度有所增强,800℃退火后出现最强发光,认为具有较大SiO2层厚度的Si/SiNx/SiO2结构多层膜更有利于退火后形成Si—N网络,能够得到更高效的光致发光。用量子限制-发光中心(QCLC)模型解释了可能的发光机制,并建立了发光的能隙态(EGS)模型。     

AuSi_x(x=1/2,1/7)纳米颗粒的制备及光致发光性能研究

采用射频磁控溅射法在n型单晶Si(100)衬底上制备Au/Si/Au多层薄膜,并在300℃真空原位退火30min。扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)观察发现,退火前样品表面是一层平整的薄膜,而退火后样品表面形成均匀分布的岛状纳米颗粒,颗粒直径为10～20nm,面密度约1×1011cm-2。X射线光电子能谱(XPS)及TEM分析表明,退火后样品表面形成单晶结构的AuSix(x=1/2,1/7)纳米颗粒。室温下对退火后样品的光致发光(PL)特性进行测试,样品在580,628和700nm处出现三个发光峰,经过分析这些发光峰与样品表面的SiO2结构,AuSix纳米颗粒周围的悬挂键等缺陷以及样品表面SiO2纳米结构中的无桥联氧等因素有关。     

SiO/SiO_2超晶格结构界面发光的研究

利用热蒸发技术在硅衬底上制备了层厚不同的SiO/SiO2超晶格样品.对其光致发光谱进行研究发现,随着SiO/SiO2超晶格中SiO层厚度的增加,发光峰在400～600 nm之间移动.研究表明,样品的发光中心来自于SiO/SiO2界面处的缺陷发光(界面态发光).即在样品沉积的过程中,在SiO/SiO2的界面处由于晶格的不连续性,会形成大量的Si-O悬挂键,这些悬挂键本身相互结合可以形成一定数量的缺陷,同时由于O原子容易脱离Si原子的束缚而产生扩散,因此,这些悬挂键可以与扩散的O原子结合,随着SiO层厚度的增加,在SiO/SiO2的界面处先后出现WOB(O3<≡Si-O-O·),NOV(O3≡Si-Si≡O3),E'中心(O≡Si·),NBOHC(O3≡Si-O·)等缺陷,这些缺陷在SiO层厚度增大的过程中对发光先后起到主导作用,从而使得发光峰产生红移.     

C(膜)/Si(SiO2)(纳米微粒)/C(膜) 的光致发光性质研究

用直流辉光溅射法结合真空镀膜法制备出了一种“多层三明治结构”的光致发光材料—C(膜 ) /Si(SiO2 ) (纳米微粒 ) /C(膜 )夹层膜 ,然后分别在 40 0、6 5 0和 75 0℃退火 1h .在波长为 2 5 0nm的紫外光激发下 ,刚制备出来未经退火处理的样品具有一个在 398nm (3.12eV)处的紫光宽带PL1峰 .在 6 5 0℃退火后 ,又出现了一个在 36 0nm (3.44eV)附近的PL2 峰 .PL1和PL2 峰形状和峰位与退火温度和激发波长无关 ,但强度却与退火温度和激发波长密切相关 .结合形态结构分析可知 ,紫光PL1峰可用量子限制 -发光中心 (QC LCs)模型进行解释 :即光激发发生在SiO2 微粒内部 ,而光发射源于SiO2 与Si界面上的缺陷中心 .紫外荧光PL2 峰则源自SiC内部的电子 空穴复合发光     

Au/SiO2纳米多层薄膜的制备及其性质表征

利用多靶磁控溅射技术制备了Au/SiO2纳米颗粒分散氧化物多层复合薄膜.研究了在保持Au单层颗粒膜沉积时间一定时薄膜厚度一定、变化SiO2的沉积时间及SiO2的沉积时间一定而改变薄膜厚度时,多层薄膜在薄膜厚度方向的微观结构对吸收光谱的影响.研究结果表明:具有纳米层状结构的Au/SiO2多层薄膜在560nm波长附近有明显的表面等离子共振吸收峰,吸收峰的强度随Au颗粒的浓度增加而增强,在Au颗粒浓度相同的情况下,复合薄膜光学吸收强度随薄膜厚度的增加而增强.但当金属颗粒的浓度增加到一定程度时,金属颗粒相互接触,没有观察到纳米层状结构,薄膜不显示共振吸收峰特征.用修正后的M-G(Maxwell-Garnett)理论对吸收光谱进行了模拟,得到了与实验一致的结果.     

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。     

n+-Si与p-Si衬底上含纳米硅的SiO2膜电致发光

对于Au/富Si-SiO₂/p-Si和Au/富Si-SiO₂／n⁺-Si这两种结构，研究并比较了它们的电致发光特性．对于前者，当正向偏压大于4V时发射红光，而加反向偏压时不发光；对于后者，加正向偏压不发光，而当反向偏压大于3.5V时发射红光．着重讨论了Au/富Si-SiO₂/n⁺-Si的电致发光机制 关键词：     

化学溶液法制备的Pb(Mg1/3 Nb2/3)O3-PbTiO3薄膜的光学性能

用化学溶液方法在宝石衬底及有LaNiO3缓冲层的Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上制备了92%Pb(Mg1/3 Nb2/3)O3-8%PbTiO3(PMNT)薄膜,X射线衍射测试结果表明:在有LaNiO3缓冲层的Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上制备的PMNT薄膜几乎是纯钙钛矿相,且薄膜呈现(110)择优取向.通过对Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上的PMNT薄膜在2.5-12.6μm波长范围内的红外椭圆偏振光谱测试,并拟合得到了PMNT薄膜在2.5-12.6μm波长范围内的光学常数(n和k),通过对宝石衬底上的PMNT薄膜在200-1100nm波长范围内的可见-紫外透过率测试,并拟合得到了PMNT薄膜在200-1100nm波段的光学常数(n和k)和吸收系数α,进而推导出PMNT薄膜的禁带宽度为4.03eV.     

第一性原理研究厚度和空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构与光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似（LDA）下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构及光学性质的影响．电子结构计算结果表明：在0.815~2.580nm的Si层厚度范围内,Si/SiO2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si/SiO2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加．光学性质计算结果表明：随着Si纳米层厚度的减小,Si/SiO2界面吸收系数产生了蓝移;O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加．可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si/SiO2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si/SiO2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据．     

SiO2/Ge:SiO2/SiO2夹层结构红外光发射的起源

我们借助傅立叶变换红外光谱（FT－IR）以及光致激发谱（PLE）,研究SiO2/Ge:SiO2/SiO2夹层结构红外光发射的起源。谱分析表明,该红外光发射并非起源于纳米锗、硅的量子限制效应以及锗、硅的中性氧空位,而与锗的氧化物紧密相关。PLE的结果证实它们来源于GeO色心TⅡ‘→S0的光学跃迁,给出的GeO电子态模型描述了载流子激发和复合的过程。     

Atomic mixing of Ni2O3/SiO2, NiO/SiO2, and Ni/SiO2 interfaces induced by swift heavy ion irradiation

We have investigated the interface mixing of Ni₂O₃/SiO₂, NiO/SiO₂, and Ni/SiO₂ induced by the irradiation with Ar, Kr and Xe ions of energies ranging from 90 MeV to 260 MeV. Since these energies are in the electronic stopping regime, atomic transport processes will not be directly initiated by elastic ion–target collisions, but need to be excited by secondary processes like electron–phonon coupling or Coulomb explosion. Nevertheless, we have observed a strong mixing effect in the ceramic systems if the electronic energy loss exceeds a certain threshold value. Estimation of an effective diffusion constant indicates that diffusion takes place in the molten ion track. In contrast to the ceramics, the metallic Ni layer is still insensitive even for the highest electronic stopping power used (S_e=28 keV/nm) and does not exhibit mixing with its SiO₂ substrate. In addition, NiO/SiO₂ and Ni/SiO₂ were irradiated in the nuclear stopping regime with 600 keV Kr and 900 keV Xe–ions. Here the intermixing effect is in good agreement with the assumption of ballistic atomic transport. Received: 5 February 2002 / Accepted: 11 February 2002 / Published online: 3 May 2002 RID="*" ID="*"Corresponding author. Fax: +49-711/685-3866, E-mail: bolse@ifs.physik.uni-stuttgart.de     

Effect of λ/2 SiO_2 overcoat on the laser damage of HfO_2/SiO_2 high-reflector coatings

The effect of λ/2 SiO2 overcoat on the laser damage characteristics of HfO2/SiO2 high-reflector (HR) coatings is investigated with 1-on-l and N-on-1 laser damage test methods. The laser damage surface of 1-on-l is analyzed by a step analyzer. The surface morphologies show that laser damage makes the coating damaged area protrudent and rough for HR coating without λ/2 silica overcoat, but concave and smooth for HR coating with A/2 silica overcoat. The result of 10-on-l multi-pulse irradiation on the same point of the coating shows that there is an energy density stage on the damage curve. If the laser energy density is within the range of the stage, HfO2/SiO2 HR coatings with λ/2 silica overcoat will not be damaged more than 2 times for multi-shots, and the surface damages are very slight so that there is no impact on the coating performance. Another interesting result is that the energy density stage extends from the damage threshold to the point of about 3 times of threshold, which is similar to the     

PdCl_2/SiO_2和Pd-B/SiO_2非晶态合金催化剂的Raman光谱表征

采用共焦显微Ｒａｍａｎ光谱和Ｘ－射线衍射方法表征了负载型ＰｄＣｌ２／ＳｉＯ２和Ｐｄ－Ｂ／ＳｉＯ２非晶态合金催化剂的结构。结果表明ＰｄＣｌ２分散在ＳｉＯ２载体上后,与载体表面的相互作用使其在室温时即发生β→α构型转变。Ｐｄ－Ｂ／ＳｉＯ２非晶态合金的Ｒａｍａｎ光谱在３００－５００ｃｍ－１区域内呈现一大的弥散峰。与无负载Ｐｄ－Ｂ非晶态合金比较初步认定该弥散峰与Ｐｄ－Ｂ键振动有关,温度升高Ｐｄ－Ｂ／ＳｉＯ２催化活性下降,其主要原因为Ｐｄ－Ｂ／ＳｉＯ２非晶态合金在高温下逐渐晶化为Ｐｄ金属所致。ＰｄＣｌ２与ＳｉＯ２载体表面的相互作用使其具有较高的分散性,由此还原制备的Ｐｄ－Ｂ／ＳｉＯ２非晶态合金较之无负载Ｐｄ－Ｂ非晶态合金更加微细化,因而具有更大的活性比表面     

SiO2的赝晶化及AIN/SiO2纳米多层膜的超硬效应

采用反应磁控溅射法制备了一系列不同SiO2 层厚度的A1N/SiO2 纳米多层膜,利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能,研究了SiO2 层在多层膜中的晶化现象及其对多层膜生长方式及力学性能的影响.结果表明,由于受AIN六方晶体结构的模板作用,溅射条件下以非晶态存在的SiO2层在其厚度小于0.6 nm时被强制晶化为与AlN相同的六方结构赝晶体并与AlN形成共格外延生长.由于不同模量的两调制层存在晶格错配度,多层膜中产生了拉、压交变的应力场,使得多层膜产生硬度升高的超硬效应.SiO2随层厚的进一步增加又转变为以非晶态生长,多层膜的外延生长结构受到破坏,其硬度也随之降低.     

Cu/SiO_2及Cu-NaCl/SiO_2催化剂的原位紫外激光诱导发光光谱研究

本文采用原位激光诱导发光光谱对Cu/SiO2催化剂和经过NaCl修饰后的Cu-NaCl/SiO2催化剂中Cu物种的价态和所处环境对其影响展开研究。原位表征结果表明:通过改变催化剂的处理气氛,激光诱导发光光谱灵敏地给出了不同价态的Cu物种的电子态信息。出现在562nm处被归属为Cu+-Cu+二聚体的光致发光带由于NaCl的加入位移到574nm,这可能是Na+和Cl-的静电作用引起。     

非晶Si/SiO2超晶格结构的交流电致发光

设计并用磁控溅射方法制备了非晶Ｓｉ／ＳｉＯ２超晶格结构,以高纯多晶Ｓｉ为靶材,当以Ａｒ＋Ｏ２为溅射气氛时,得到ＳｉＯ２膜,仅以Ａｒ为气氛时,得到Ｓｉ膜。重复地开和关Ｏ２气,便交替地得到ＳｉＯ２和Ｓｉ膜。衬底在靶前往返平移,改变平移的速度或者改变溅射的功率,可以控制膜的厚度。通过透民镜的照片可以看出ＳｉＯ２和Ｓｉ膜具有均匀的周期结构,用低角Ｘ－射线反射谱表征了超晶格的周期结构和各层的厚度。透射光谱表     

SiO2/HfO2高反射膜的研制

主要讨论了电子束蒸发SiO2/HfO2薄膜的面形控制和损伤性能。研究了电子束蒸发工艺参数对薄膜应力以及面形的影响;分析了制备工艺对薄膜吸收、节瘤缺陷密度的影响,测量了制备薄膜的损伤阈值。研究结果表明:调整SiO2蒸发时的氧分压可以有效地将薄膜的应力控制在-250~-50 MPa。同时采用金属Hf蒸发可以显著地将节瘤缺陷密度从12.6 mm-2降低至2.7 mm-2,同时将损伤阈值从30 J/cm2提高至55 J/cm2。     

Poole-Frenkel conduction in Al/ZrO2 /SiO 2 /Si structures

Leakage currents through Al/ZrO₂/SiO₂/n-Si metal-insulator-semiconductor (MIS) capacitors were studied. Thin SiO₂ films were chemically grown on monocrystalline phosphorous doped silicon wafers. Zirconia films with thicknesses of 15 and 50 nm were deposited by radio frequency (rf) magnetron sputtering and, then, annealed in oxygen ambient at 850 ^○C, for 1 h. The dielectric constant of the sputtered and annealed ZrO₂ layer was of about 17.8. The equivalent oxide thickness (EOT) of the stack 15 nm and 50 nm-ZrO₂/SiO₂ structure was estimated to be 3.2 nm and 10.7 nm, respectively. The temperature dependence of the leakage currents was explained by Poole-Frenkel (PF) conduction mechanism. Shallow trap levels in the studied structure of about 0.2 eV and 0.46 eV were calculated. The existence of A and D-defects, due to the sputtering and high temperature annealing in oxygen, was suggested.