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     

nc-Si/SiO2多层膜的制备及蓝光发射

在等离子体增强化学气相淀积(PECVD)系统中，采用a-Si∶H层淀积与原位等离子体氧化相结合的逐层生长的方法成功制备出a-Si∶H/SiO2多层膜 (ML)；利用限制性结晶原理通过两步退火处理使a-Si∶H层晶化获得尺寸可控的nc-Si/SiO2 ML，并观察到室温下的蓝光发射；结合Raman散射和剖面透射电子显微镜技术分析了nc-Si/SiO2 ML的结构特性；通过对晶化样品光致发光谱和紫外-可见光吸收谱的研究，探讨了蓝光发射的起源. 关键词： 纳米硅多层膜 等离子体氧化 蓝光发射 热退火     

4H-SiC基底Al_2O_3/SiO_2双层减反射膜的设计和制备

在4H-SiC基底上设计并制备了Al2O3SiO2紫外双层减反射膜,通过扫描电镜(SEM)和实测反射率谱来验证理论设计的正确性.利用编程计算得到Al2O2和SiO2的最优物理膜厚分别为42.0 nm和96.1 nm以及参考波长λ=280 nm处最小反射率为0.09%.由误差分析可知,实际镀膜时保持双层膜厚度之和与理论值一致有利于降低膜系反射率.实验中应当准确控制SiO2折射率并使Al2O3折射率接近1.715.用电子束蒸发法在4H-SiC基底上淀积Al2O3SiO2双层膜,厚度分别为42 nm和96 nm.SEM截面图表明淀积的薄膜和基底间具有较强的附着力.实测反射率极小值为0.33%,对应λ=276 nm,与理论结果吻合较好.与传统SiO2单层膜相比,Al2O3SiO2双层膜具有反射率小,波长选择性好等优点,从而论证了其在4H-SiC基紫外光电器件减反射膜上具有较好的应用前景.     

Au/a-Si:H界面X射线光电子能谱和俄歇电子能谱研究

采用x射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)对Au/a-Si:H界面进行了研究。实验表明,Au/a-Si:H界面最初形成过程是以金属团生长形式出现,当Au淀积量超过一定值后,Au和Si开始互扩散并进行化学反应,结果形成Au-Si互溶区。利用光发射方法证实,热处理Au/a-Si:H界面导致淀积膜中Si岛形成。 关键词：     

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     

用离子束溅射淀积的氧化物薄膜的折射率

介绍了用于波长为1550nm光通讯波分复用／解复用滤光片的离子束溅射的Ta2O5和SiO2薄膜在法里－珀罗多层膜中的折射率的实时所 方法及拟合方法及拟合结果，给出了它们的淀积时间，淀积速率和计算的光学厚度，分析了这些结果的可靠性。     

变温退火制备铝诱导大晶粒多晶硅薄膜的机理研究

为了缩短铝诱导法制备大晶粒多晶硅薄膜的退火时间,用射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积了a-Si/SiO2/Al叠层膜,并用两种方法进行变温退火.分析了变温退火工艺对铝诱导晶化过程的影响,着重讨论了退火过程中温度由低温升到高温时不形成小晶粒的机理和条件.研究表明,当退火温度升高时,是否形成小晶粒取决于晶粒半径、耗尽层厚度和相邻晶粒间距三者之间的关系.     

退火对Ge诱导晶化多晶Si薄膜结晶特性的影响

本文采用磁控溅射法, 衬底温度500 ℃下在硅衬底上分别制备具有Ge填埋层的a-Si/Ge 薄膜和a-Si薄膜, 并进行后续退火, 采用Raman光谱、X射线衍射、原子力显微镜及场发射扫描电镜等对所制薄膜样品进行结构表征. 结果表明, Ge有诱导非晶硅晶化的作用, 并得出以下重要结论: 衬底温度为500 ℃时生长的a-Si/Ge薄膜, 经600 ℃退火5 h Ge诱导非晶硅薄膜的晶化率为44%, 在相同的退火时间下退火温度提高到700 ℃, 晶化率达54%. 相同条件下, 无Ge填埋层的a-Si薄膜经800 ℃退火5 h薄膜实现晶化, 晶化率为46%. 通过Ge填埋层诱导晶化可使在相同的条件下生长的非晶硅晶薄膜的晶化温度降低约200 ℃. Ge诱导晶化多晶Si薄膜在Si(200)方向具有高度择优取向, 且在此方向对应的晶粒尺寸约为76 nm. 通过Ge诱导晶化制备多晶Si薄膜有望成为制备高质量多晶Si薄膜的一条有效途径.     

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     

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 .     

Microstructural and compositional characteristics of GaN films grown on a ZnO-buffered Si (111) wafer

Polycrystalline GaN thin films have been deposited epitaxially on a ZnO-buffered (111)-oriented Si substrate by molecular beam epitaxy. The microstructural and compositional characteristics of the films were studied by analytical transmission electron microscopy (TEM). A SiO(2) amorphous layer about 3.5 nm in thickness between the Si/ZnO interface has been identified by means of spatially resolved electron energy loss spectroscopy. Cross-sectional and plan-view TEM investigations reveal (GaN/ZnO/SiO(2)/Si) layers exhibiting definite a crystallographic relationship: [111](Si)//[111](ZnO)//[0001](GaN) along the epitaxy direction. GaN films are polycrystalline with nanoscale grains ( approximately 100 nm in size) grown along [0001] direction with about 20 degrees between the (1l00) planes of adjacent grains. A three-dimensional growth mode for the buffer layer and the film is proposed to explain the formation of the as-grown polycrystalline GaN films and the functionality of the buffer layer.     

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.     

Silicon grain arrays prepared using a pattern crystallization technique of pulsed-excimer laser irradiation

Silicon grain arrays were prepared using a pattern crystallization technique of pulsed KrF excimer laser irradiation. The precursor material was hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) thin films deposited on single crystal Si wafers by plasma-enhanced chemical vapor deposition. It was shown that Si grains with a uniform size and a well-defined periodicity embedded in the a-Si:H matrix were obtained by this simple technique. The grain size was less than 2 μm. Relativly strong photo-luminescence with two peaks at 720 and 750 nm was observed at room temperature. We expect to reduce Si grain sizes by optimizing the growth conditions of a-Si:H thin films and controlling the temperature distribution in the film during laser irradiation. Received: 21 November 2000 / Accepted: 12 December 2000 / Published online: 9 February 2001     

SiC热氧化SiO_2层结构的光谱学表征

C原子的存在,不仅影响SiC热氧化SiO2层与SiC间的界面态,也直接影响SiO2层的结构和致密性。本文用红外光谱对SiC和Si热氧化生长SiO2层进行了研究,分析和讨论SiO2/SiC和SiO2/Si的红外反射光谱特征峰,以及不同的热氧化条件和退火过程对这些谱峰的影响,对SiC热氧化SiO2层质量的光谱学表征进行了初步探讨。     

Effect of laser annealing on crystallinity of the Si layers in Si/SiO2 multiple quantum wells

We report on continuous-wave laser induced crystallisation processes occurring in Si/SiO₂ multiple quantum wells (MQW), prepared by remote plasma enhanced chemical vapour deposition of amorphous Si and SiO₂ layers on quartz substrates. The size and the volume fraction of the Si nanocrystals in the layers were estimated employing micro-Raman spectroscopy. It was found that several processes occur in the Si/SiO₂ MQW system upon laser treatment, i.e. amorphous to nanocrystalline conversion, Si oxidation and dissolution of the nanocrystals. The speed of these processes depends on laser power density and the wavelength, as well as on the thickness of Si-rich layers. At optimal laser annealing conditions, it was possible to achieve ∼100% crystallinity for 3, 5 and 10 nm thickness of deposited amorphous Si layers. Crystallization induced variation of the light absorption in the layers can explain the complicated process of Si nanocrystals formation during the laser treatment.     

一维电介质-金属光子晶体的光学特性研究

利用传输矩阵方法,研究了一维电介质-金属光子晶体的光学特性,该光子晶体通过在Si/SiO₂组成的电介质型光子晶体中插入一定厚度Al层形成。计算结果表明,金属层的引入可以有效提高反射效率,[Si(46 nm)/SiO₂(60 nm)/Al(10 nm)/SiO₂(60 nm)]5结构的单位周期传输衰减从[Si(46 nm)/SiO₂(120 nm)]5的7.2 dB增大到了20 dB;可以得到更宽频率范围的全方向反射带隙,例如[Si(46 nm)/SiO₂(60 nm)/Al(30 nm)/SiO₂(60 nm)]5结构即可提供550 nm带宽的全方向反射;同时讨论了金属吸收、金属层厚度及插入位置对其光学特性的影响。这种电介质-金属光子晶体有望作为性能优异的光学反射镜得到应用。     

Dependency of photoluminescence from SiO_2 thin films containing Si_(1-x)Ge_x quantum dots on Ge/Si doping ratio

SiO2 thin films containing Si1-xGex quantum dots （QDs） are prepared by ion implantation and annealing treatment. The photoluminescence （PL） and microstructural properties of thin films are investigated. The samples exhibit strong PL in the wavelength range of 400-470 nm and relatively weak PL peaks at 730 and 780 nm at room temperature. Blue shift is found for the 400-nm PL peak, and the intensity increases initially and then decreases with the increase of Ge-doping dose. We propose that the 400-470 nm PL band originates from multiple luminescence centers, and the 730- and 780-nm PL peaks are ascribed to the Si=O and GeO luminescence centers.     

1.55μmSi_(1-x)Ge_x光波导与Si_(1-x)Ge_x/Si多量子阱探测器集成的优化设计

对１．５５μｍ波长的Ｓｉ１－ｘＧｅｘ光波导和Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ多量子阱（ＭＱＷ）红外探测器的集成器件结构进行了系统的分析和优化设计。优化结果为：１）对Ｓｉ１－ｘＧｅｘ光波导，Ｇｅ含量ｘ＝０．０５，脊宽、高和腐蚀深度分别为８、３和２．６μｍ；２）对Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ多量子阱红外探测器，Ｇｅ含量ｘ＝０．５，探测器由厚度为５５０ｎｍ、２３个周期的６ｎｍＳｉ０．５Ｇｅ０．５＋１７ｎｍＳｉ组成，长度约２ｍｍ。结果表明，这种结构器件的内量子效率可达８８％。     

Ce3+注入对不同尺寸的nc-Si/SiO2 超晶格发光特性的影响

通过电子束蒸发方法以及高温退火处理,得到nc-Si/SiO₂超晶格。将样品分别注入剂量为2.0×10¹⁴ cm^-2和2.0×10¹⁵ cm^-2的Ce³⁺,再对其进行二次退火处理,获得多组样品。通过对样品光致发光光谱的分析发现,样品发光强度的变化不仅受到Ce³⁺注入剂量的影响,而且也受到nc-Si颗粒大小的影响。在相同注入计量和相同的二次退火处理温度下,nc-Si颗粒较大的样品经Ce³⁺注入后其发光强度增强较为明显。     

氧化硅薄膜中掺杂Tb~(3+)离子的发光敏化

采用溶胶-凝胶法在硅片上制备了掺杂稀土离子Tb~(3+)的SiO_2薄膜,并用荧光分析方法研究了薄膜的发光特性,对发光效果的提升途径做了探索和分析。在245 nm波长的激发下,能够观察到Tb~(3+)的5D4-7FJ(J=6,5,4,3)的跃迁发射峰。对于Tb~(3+)离子的高浓度掺杂体系,在掺入富Si或Al~(3+)离子后,浓度猝灭效应能得到明显改善。同时掺入两种激活剂的样品发光强度较只掺Al~(3+)的样品大了近一倍。此外,氩气氛退火引入氧空位缺陷也能使样品的发光强度有较大提升,氩气氛退火的最佳温度为1 200℃。