包埋于氮化硅薄膜中的硅团簇的光致发光特性

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在低温下制备了富硅氢化氮化硅薄膜。利用红外吸收(IR)谱,光电子能谱(XPS)和光致发光(PL)谱,研究了在不同温度下退火的薄膜样品的结构和发光特性。在经过低温退火的薄膜中观测到一个强的可见发光峰。当退火温度较高时,随着与硅悬键有关的发光峰消失,可见发光峰位发生了蓝移。讨论了退火对薄膜中硅团簇的形成及其对发光的影响。根据Raman谱,计算了氮化硅薄膜中硅团簇的尺寸大小。通过实验结果和分析,我们认为PL谱中较强的室温可见发光峰来自于包埋于氮化硅中的硅团簇。     

室温下掺Er富硅氧化硅和掺Er富硅氮化硅的光致发光及其退火

用磁控溅射淀积掺Er氧化硅、掺Er富硅氧化硅、掺Er氮化硅和掺Er富硅氮化硅薄膜,室温下测量这四种薄膜的光致发光（PL）谱,观察到这四种薄膜都具有1.54μm的峰位,其强度与薄膜的退火温度有关。为了确定1.54μmPL的最佳退火温度,这些薄膜都分别在600,700,800,900,1000,1100℃的温度下同时退火,发现两种富硅薄膜的最佳退火温度是800℃,不富硅的两种薄膜的最佳退火温度是900℃。样品的1.54μmPL最强,且800℃退火的掺Er富硅氧化硅薄膜的1.54μm峰强度是最强的,比不富硅的强了约20倍,还观察到这四种薄膜都具有1.38μm的PL带,且掺Er富硅氧化硅和掺Er富硅氮化硅这两种薄膜的PL在强度上1.38μm峰与1.54μm峰有一定的关系。     

快速热退火和氢等离子体处理对富硅氧化硅薄膜微结构与发光的影响

采用microRaman散射、傅里叶变换红外吸收谱和光致发光谱研究了快速热退火及氢等离子体处理对等离子体增强化学气相沉积法200℃衬底温度下生长的富硅氧化硅(SRSO)薄膜微结构和发光的影响.研究发现,在300—600℃范围内退火,SRSO薄膜中非晶硅和SiOx∶H两相之间的相分离程度随退火温度升高趋于减小;而在600—900℃范围内退火,其相分离程度随退火温度升高又趋于增大;同时发现SRSO薄膜发光先是随退火温度的升高显著加强,然后在退火温度达到和超过600℃后迅速减弱;发光峰位在300℃退火后蓝移,此后随退火温度升高逐渐红移.对不同温度退火后的薄膜进行氢等离子体处理,发光强度不同程度有所增强,发光峰位有所移动,但不同温度退火样品发光增强的幅度和峰位移动的趋势不同.分析认为退火能够引起薄膜中非晶硅颗粒尺度、颗粒表面结构状态以及氢的存在和分布等方面的变化.结果表明不仅颗粒的尺度大小,而且颗粒表面的结构状态都对非晶硅颗粒能带结构和光生载流子复合机理发挥重要影响 关键词： 富硅氧化硅 微结构 发光 快速热退火     

含纳米硅和纳米锗的氧化硅薄膜光致发光的比较研究

分别以硅-二氧化硅和锗-二氧化硅复合靶作为溅射靶,采用磁控溅射技术在p型硅衬底上淀积了含纳米硅的氧化硅薄膜和含纳米锗的氧化硅薄膜.各样品分别在氮气氛中经过300至1100℃不同温度的退火处理.使用高分辨透射电子显微镜可以观察到经900和1100℃退火的含纳米硅的氧化硅薄膜中的纳米硅粒,和经900和1100℃退火的含纳米锗的氧化硅薄膜中的纳米锗粒.经过不同温度退火处理的含纳米硅的氧化硅和含纳米锗的氧化硅薄膜的光致发光谱均具有相似的峰型,且它们的发光峰位均位于580nm(2.1eV)附近.可以认为含纳米硅的氧化硅和含纳米锗的氧化硅薄膜的光发射主要来自于SiO₂层中发光中心上的复合发光,对实验结果进行了合理的解释     

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     

镶嵌有纳米硅的SiN_x薄膜光致发光的温度依赖特性研究

采用对靶磁控溅射法在单晶硅衬底上沉积镶嵌有纳米硅的氮化硅薄膜,然后在形成气体FG(10%H2,90%N2)气氛中进行450℃常规热退火50min。通过荧光光谱仪测得的稳态/瞬态光致发光(PL)谱研究了镶嵌有纳米硅的氮化硅(SiNx)薄膜样品光致发光特性。结果表明,样品的发光过程可以归因于纳米硅的量子限制效应发光和与缺陷相关的发光。随着激发光能量的增加,PL谱峰位发生蓝移,表明较小粒度的纳米硅发光比例增加;温度的降低会抑制非辐射复合过程,提高辐射复合几率,因此发光寿命延长,发光强度呈指数增加;随着探测波长的减小,样品的发光寿命则明显缩短,表明纳米硅的量子限制效应发光对温度有很强的依赖性。     

含纳米硅和纳米锗的氧化硅薄膜 光致发光的比较研究

分别以硅-二氧化硅和锗-二氧化硅复合靶作为溅射靶,采用磁控溅射技术在p型硅衬底上淀积了含纳米硅的氧化硅薄膜和含纳米锗的氧化硅薄膜.各样品分别在氮气氛中经过300至1100℃不同温度的退火处理.使用高分辨透射电子显微镜可以观察到经900和1100℃退火的含纳米硅的氧化硅薄膜中的纳米硅粒,和经900和1100℃退火的含纳米锗的氧化硅薄膜中的纳米锗粒.经过不同温度退火处理的含纳米硅的氧化硅和含纳米锗的氧化硅薄膜的光致发光谱均具有相似的峰型,且它们的发光峰位均位于580nm(2.1eV)附近.可以认为含纳米硅的氧化硅和含纳米锗的氧化硅薄膜的光发射主要来自于SiO     

退火温度及退火气氛对ZnO薄膜的结构及发光性能的影响(英文)

采用脉冲激光沉积技术在Si/蓝宝石衬底上制备了ZnO薄膜,结合快速退火设备研究了不同退火温度(500~900℃)及退火气氛(N2,O2)对薄膜的结构及其发光性能的影响。并优化条件得到具有最小半峰全宽及最大晶粒尺寸的薄膜。X射线衍射(XRD)结果表明:氮气氛下退火的ZnO薄膜最佳退火温度为900℃;氧气氛下退火的ZnO薄膜最佳退火温度为800℃。红外(IR)光谱中,退火后Zn-O特征振动峰红移,说明在退火过程中,原子重新排布后占据较低能量位置;同样的退火温度下,氮气氛下退火的薄膜质量更优。同步辐射光电子能谱(synchrotron-based XPS)分别表征了未退火及N2,O2下900℃退火的ZnO薄膜,分峰拟合结果表明氧气氛下退火产生更多的氧空位。结构表征结合光致发光(PL)谱表明绿光的发光峰与氧空位有关。     

退火工艺对含硅量子点SiC_x薄膜光谱特性的影响

采用磁控共溅射法并结合微波退火和快速光热退火工艺,在不同退火温度下制备了含硅量子点的富硅SiC_x薄膜。采用掠入射X射线衍射(GIXRD)、拉曼光谱和光致发光(PL)光谱技术对薄膜进行了表征,研究了退火工艺对薄膜中硅量子点数量、尺寸、晶化率以及发光峰的影响。结果表明:与快速光热退火相比,微波退火不但能降低硅量子点的形成温度(降低200℃),而且还能降低β-SiC量子点的形成温度(降低100℃);在相同退火温度下,微波退火制备的硅量子点的数量更多、晶化率更高、光致发光峰更强;采用1000℃温度的微波退火样品的硅量子点数量最多、尺寸最大(5.26nm)、晶化率最高(74.25%)、发光峰最强,说明微波退火能凝析出高质量的硅量子点。     

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。     

退火及溅射气氛对氮化硅薄膜光致发光的影响

利用射频磁控反应溅射方法制备富硅的氮化硅薄膜。衬底材料为抛光的硅片,靶材为硅靶,在Ar-N₂气环境下,通过改变两种气体的组分比来改变样品成分,并在高纯N₂气氛下对其进行高温退火处理。用X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)对样品进行了表征,并测试了样品的光致发光谱 (PL)。实验结果表明：X射线光电子能谱中出现了Si—N键合结构,同时还有少量的Si—O键生成,通过计算得出Si/N比值约为1.51,制备出了富硅的氮化硅薄膜;薄膜未经退火前,在可见光区域没有观察到明显的光致发光峰,经过高温退火后,XRD中新出现的衍射峰证实了纳米硅团簇的生成,PL图谱中在可见光区域出现了光致发光峰的蓝移现象,结合XRD结果,用纳米晶的量子限域效应对上述现象进行了合理解释。     

用硅离子注入方法制备的纳米硅的拉曼散射研究

在直角散射配置下测量了纳米硅样品的拉曼散射谱及其退火温度的关系。结果表明,在８００℃以下退火的样品只观察到单晶硅衬底的光学声子模,在９００℃以上退火,才观察到纳米硅的特征拉曼散射峰。在１２００℃下退火后,纳米硅的特征拉曼散射峰消失,观察到类似于非晶硅的光学声子特征峰,可能表示纳米硅不能承受这样的高温热退火。这些结果进一步证实了光致发光谱的结果。     

Annealing and amorphous silicon passivation of porous silicon with blue light emission

The photoluminescence (PL) of the annealed and amorphous silicon passivated porous silicon with blue emission has been investigated. The N-type and P-type porous silicon fabricated by electrochemical etching was annealed in the temperature range of 700-900 °C, and was coated with amorphous silicon formed in a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process. After annealing, the variation of PL intensity of N-type porous silicon was different from that of P-type porous silicon, depending on their structure. It was also found that during annealing at 900 °C, the coated amorphous silicon crystallized into polycrystalline silicon, which passivated the irradiative centers on the surface of porous silicon so as to increase the intensity of the blue emission.     

磁控溅射淀积掺Er富Si氧化硅膜中Er3+ 1.54μm光致发光

用磁控溅射淀积不同富Si程度的掺Er富Si氧化硅薄膜.室温下测量其光致发光谱,观察到各谱中都含有1.54和1.38μm两个发光峰,其中1.54和1.38μm的光致发光峰分别来自Er³⁺和氧化硅中某种缺陷.系统研究了Er³⁺1.54μm光致发光峰强度对富Si程度及退火温度的依赖关系.还发现1.54μm发光峰强度与1.38μm发光峰强度相互关联,对此进行了讨论 关键词： Er 富Si氧化硅 光致发光 纳米硅     

氮气氛中高温退火对ZnO薄膜发光性质的影响

以二乙基锌和水汽分别作为锌源和氧源,用LP-MOCVD方法在p型Si(100)衬底上生长了单一取向的ZnO薄膜。对得到的样品在氮气气氛中进行高温热处理,退火温度分别为900,1000,1100℃。利用室温PL谱、XRD、AFM、XPS等方法对样品的性质进行了研究。研究表明:(1)随着退火温度的升高,样品的结晶性质也逐渐提高,从表面形貌观察到晶粒尺寸逐渐增大;(2)当退火温度从900℃升高至1000℃时,样品的光致发光谱中可见光波段的发光强度有所减弱,而紫外波段的发光强度明显增强;当退火温度升高至1100℃时,可见光波段的发光几乎完全被抑制,而紫外波段的发光强度急剧增强。分析认为,高温退火改善晶体结晶质量的同时调制了样品的Zn/O比,氮气气氛下的热处理使得样品内的氧原子逸出,来自受主缺陷OZn的可见发射随温度升高逐渐减弱,而当退火温度达到1000℃以上时样品成为富锌状态,此时与施主缺陷Zni有关的紫外发射急剧增强。     

Structural and photoluminescence properties of Si nanoclusters obtained by ion implantation into Si3N4 films

In the present paper we report structural and photoluminescence (PL) results from samples obtained by Si implantation into stoichiometric silicon nitride (Si₃N₄) films. The Si excess was introduced in the matrix by 170 keV Si implantation performed at different temperatures with a fluence of Φ=1×10¹⁷ Si/cm². The annealing temperature was varied between 350 and 900 °C in order to form the Si precipitates. PL measurements, with a 488 nm Ar laser as an excitation source, show two superimposed broad PL bands centered around 760 and 900 nm. The maximum PL yield is achieved for the samples annealed at 475 °C. Transmission electron microscopy (TEM) measurements show the formation of amorphous nanoclusters and their evolution with the annealing temperature.     

Effects of high-dose Ge ion implantation and post-implantation annealing on ZnO thin films

This paper reports that ion implantation to a dose of 1×10¹⁷ ions/cm² was performed on c-axis-orientated ZnO thin films deposited on (0001) sapphire substrates by the sol-gel technique. After ion implantation, the as-implanted ZnO films were annealed in argon ambient at different temperatures from 600-900℃. The effects of ion implantation and post-implantation annealing on the structural and optical properties of the ZnO films were investigated by x-ray diffraction (XRD), photoluminescence (PL). It was found that the intensities of (002) peak and near band edge (NBE) exitonic ultraviolet emission increased with increasing annealing temperature from 600-900℃. The defect related deep level emission (DLE) firstly increased with increasing annealing temperature from 600- 750℃, and then decreased quickly with increasing annealing temperature. The recovery of the intensities of NBE and DLE occurs at \sim 850℃ and \sim 750℃ respectively. The relative PL intensity ratio of NBE to DLE showed that the quality of ZnO films increased continuously with increasing annealing temperature from 600 - 900℃.     

Light emission from Si nanocrystals embedded in CaF2 epilayers on Si(1 1 1): Effect of rapid thermal annealing

Visible photoluminescence (PL) of nanocrystalline silicon (nc-Si) embedded in single crystal CaF₂ formed on Si(1 1 1) has been studied and the influence of ex situ rapid thermal annealing (RTA) on the surface morphology and PL spectra has been studied. It has been found that the PL intensity and uniformity was improved by RTA with appropriate temperature and short annealing time.     

Excitonic photoluminescence characteristics of amorphous silicon nanoparticles embedded in silicon nitride film

We have investigated the photoluminescence (PL) properties of amorphous silicon nanoparticles (a-Si NPs) embedded in silicon nitride film (Si-in-SiN_x) grown by helicon wave plasma-enhanced chemical vapor deposition (HWP-CVD) technique. The PL spectrum of the film exhibits a broad band constituted of two Gaussian components. From photoluminescence excitation (PLE) measurements, it is elucidated that the two PL bands are associated with the a-Si NPs and the silicon nitride matrix surrounding a-Si NPs, respectively. The existence of Stokes shift between PL and absorption edge indicates that radiative recombination of carriers occurs in the states at the surface of the Si NPs, whereas their generation takes place in the a-Si NPs cores and the silicon nitride matrix, respectively. The visible PL of the film originates from the radiative recombination of excitons trapped in the surface states. At decreasing excitation energy (E_ex), the PL peak energy was found to be redshifted, accompanied by a narrowing of the bandwidth. These results are explained by surface exciton recombination model taking into account there existing a size distribution of a-Si NPs in the silicon nitride matrix.