C(膜)/Si(SiO2)(纳米微粒)/C(膜)热处理的形态及结构分析

用直流辉光溅射＋真空镀膜法制备了一种新型结构的硅基纳米发光材料－C（膜）／Si（SiO2)(纳米微粒）／C（膜）夹层膜,并对其进行了退火处理,用TEM,SEM,XRD和XPS对其进行了形态结构分析,TEM观察表明：Si(SiO2)纳米微粒基本呈球形,粒径在30nm左右,SEM观察表明：夹层膜样品总厚度约为50um ,膜表面比较平整,致密,400度退火后,样品表面变得凹凸不平,出现孔状结构;650度退火后,样品表面最平整,致密且颗粒均匀,XRD分析表明：制备出的夹层膜主要由SiO2和Si 组成,在C原子的还原作用和氧气的化作用的共同作用下,SiO2和Si含量随加热温度的升高而呈现交替变化;400度时,C的还原作用占主导地位,SiO2几乎全部被还原成了Si,此时Si含量最高;400－650度时,氧化作用占主导地位,Si又被氧化成SiO2,Si 含量降低,SiO含量逐渐上升,在650度达到最高,XS分析表明：在加热过程中,C原子逐渐扩散进入Si(SiO2)_微粒层,在650度与Si反应生成了新的SiC。     

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。     

SiO2@PPy纳米复合微粒的紫外吸收性质研究

通过相关实验和米氏理论计算研究了SiO2@PPy纳米复合微粒的紫外吸收光谱,讨论了二氧化硅核的尺寸、聚吡咯壳的厚度以及氧化程度等因素对纳米复合微粒紫外吸收性质的影响。     

SiO2干凝胶光致发光性质的研究

以硅酸酯Si(OC2H5)4(TEOS)和H2N(CH2)3Si(OC2H5)3(APS)为主要原料,在不同的条件下(催化剂、热处理、高分子添加剂)通过溶胶-凝胶法制备了一系列不同组成的SiO2干凝胶,并通过发光光谱对所得的干凝胶进行了表征.在长波365nm紫外光激发下,干凝胶样品都显示出较强的蓝光发射,但其发光波长和发光忖强度随着组成和处理条件的不同而有明显的差异.APS与有机酸(醋酸)和无机酸(盐酸、硝酸、硫酸)所得SiO2干凝胶的结果为IHAc(λmax=432nm)＞JHNO3(λmax=441nm)≈IH2SO4(λmax=426nm)>IHCI(λmax=442nm),并且在APS与HCl作用所得的干凝胶样品中,明显存在两种发光中心(其发射峰值波长分别位于442nm和487nm,相应的激发波长分别位于365nm和273nm).一定量的TEOS与APS相混合并与HAc作用不仅有利于干凝胶样品的迅速形成,而且有利于提高其发光强度:当R(APS/TEOS+TEOS摩尔比)=0.5～0.7时,样品发光较强;在0.5摩尔APS+0.5摩尔TEOS与3摩尔HAc的反应过程中加入高分子添加剂聚乙二醇(PEG5000、PE10000),所得样品的发光强度先随着PEG的加入量的增加而变强,然后随着PEG的加入量的增加而变弱,PEG5000和PEG10000的最佳掺杂量分别为0.8g和0.6g.在温度20～200℃的范围内,干凝胶样品的发光强度随着热处理温度的升高而增强,同时真空中处理样品的发光强度大于空气中处理样品的发光强度.这表明干凝胶样品的发光和氧缺陷及碳杂质有关.     

重离子辐照SiO2的光致发光

基于荷能离子与固体相互作用特点,提出了一种新的制备光致发光材料的方法-- 高能重离子辐照. 用这种方法研究了SiO2薄膜的光致发光特性,发现高能84K r和40Ar离子辐照可在注碳SiO2薄膜样品中产生强的蓝-紫光发射带,掺杂碳增强了辐照样品的发光特性.     

Si／SiO2多层膜的I-V特性研究

用射频磁控溅射法制备了Si／SiO2多层膜,并对多层膜的FV特性实验结果进行了拟合．分析表明,Si／SiO2多层膜的I-V特性由多种因素决定。单一的电流输运模型不能控制Si／SiO2多层膜的I-V特性,多层膜结构及氧化硅层的厚度是影响薄膜I-V特性的主要因素．     

Ge(SiO2)n团簇结构和电子性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)对Ge(SiO2)n (n = 1—7)团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和电子性质进行了计算。 结果表明,Ge(SiO2)n的最低能量结构是在(SiO2)n端位O原子以及近邻端位O原子的Si原子上吸附一个Ge原子优化得到;随着锗原子数的增加,增加的锗原子易与原来的锗原子形成锗团簇。掺杂锗原子后团簇的能隙比(SiO2)n团簇的能隙小,当多个Ge原子掺杂到(SiO2)3团簇时,其能隙随着Ge原子个数的增加出现了振荡,Gem(SiO2)3的能隙从可见光区到近红外光区变化。二阶能量差分、分裂能表明Ge(SiO2)2和Ge(SiO2)5团簇是稳定的。     

Ge( SiO2)n团簇结构和电子性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)对Ge(SiO2)n(n=1～7)团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和电子性质进行了计算.结果表明,Ge(SiO2)n的最低能量结构是在(SiO2)n端位O原子以及近邻端位O原子的Si原子上吸附一个Ge原子优化得到;随着锗原子数的增加,增加的锗原子易与原来的锗原子形成锗团簇.掺杂锗原子后团簇的能隙比(SiO2)n团簇的能隙小,当多个Ge原子掺杂到(SiO2)3团簇时,其能隙随着Ge原子个数的增加出现了振荡,Gem(SiO2)3的能隙从可见光区到近红外光区变化.二阶能量差分、分裂能表明Ge(SiO2)2和Ge(SiO2)5团簇是稳定的.     

磁控溅射淀积掺Er富Si氧化硅膜中Er~(3 ) 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 1.5 4和 1.38μm两个发光峰 ,其中 1.5 4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 1.5 4μm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 1.5 4μm发光峰强度与 1.38μm发光峰强度相互关联 ,对此进行了讨论     

SiO2／Si衬底上聚苯乙稀薄膜的退湿润过程观测

采用光学显微镜和原子力显微镜观测了光滑SiO2衬底上聚苯乙稀薄膜的退湿润过程. 观测到成核退湿润过程为:初态时,在聚苯乙稀薄膜中出现随机分布的小孔,并且小孔随着时间的增加而逐渐变大,孔的尺寸的变化与时间成正比;终态时观测到聚苯乙稀小球在SiO2衬底上的蜂窝状分布,聚苯乙稀小球的分布与薄膜表面的缺陷密切相关.     

重离子辐照SiO_2/Si结构变温光致发光谱研究

本文研究了重离子辐照前后SiO_2/Si结构光学性质的变化。实验选择初始能量为414 MeV,不同辐照总剂量的Sn离子,在室温下辐照氧化层厚度为36nm和90nm的SiO_2/Si结构。并在不同测试温度下获得了辐照前后SiO_2/Si结构的光致发光谱(PL)谱。在相同的测试温度下,随着辐照总剂量的改变,峰位发生了移动,峰的强度也发生了改变;在相同的辐照总剂量下,随着测试温度的改变,峰位发生移动。由于受束缚激子发光的影响,在测试温度为80K时出现了一个新的光致发光峰。     

(Si,Er)双注入热氧化硅的光致发光

采用强流金属蒸汽真空弧（MEVVA）离子源注入机，先将Si大束流注入热氧化SiO2/单晶硅，直接形成镶嵌在SiO2中的纳米晶Si，再小束流注入Er。Er离子在掺杂层中的浓度可达10^21cm^-3量级，大大地提高了作为孤立发光中心的Er^3 浓度。在77K和室温下，观察到了Er^3 的1.54цm特征发射。     

八-羟基喹啉铝薄膜光致发光的厚度依赖性质

通过原位测量对八-羟基喹啉铝薄膜(Alq_3)光致发光的厚度依赖性质进行了研究.在 Alq_3向玻璃衬底沉积的初始阶段,Alq_3光致发光谱峰发生了显著红移,此后谱峰随着 Alq_3厚度的增加红移变缓并趋于饱和.Alq_3薄膜厚度从2nm 逐渐变化到500nm 时,Alq_3谱峰位总红移约为12nm.这种 Alq_3薄膜沉积的初始阶段 Alq_3谱峰的显著红移可归因于二维激子向三维激子态的转变.同时,由于激子同衬底的相互作用所引起的非辐射衰变,在 Alq_3沉积的初始阶段 Alq_3光致发光谱峰的强度呈现不同的变化,随后该谱峰的强度随 Alq_3薄膜厚度的增加而快速增加,并在薄膜厚度较大时,趋向于饱和.     

锗/多孔硅和锗/氧化硅薄膜光致发光的比较研究

采用磁控溅射技术,以锗为溅射靶,在多孔硅上沉积锗薄膜,沉积时间分别为4,8和12 min,及以锗-二氧化硅复合靶为溅射靶,在n型硅衬底上沉积了含纳米锗颗粒的氧化硅薄膜,锗与总靶的面积比分别为5%,15%,30%.各样品在氮气氛中分别经过300,600及900℃退火30 min.对锗/多孔硅和锗/氧化硅薄膜进行了光致发光谱的对比研究,用红外吸收谱分析了锗/多孔硅的薄膜结构.实验结果显示,锗/多孔硅薄膜的发光峰位于517 nm附近,沉积时间对发光峰的强度有显著影响,锗层越厚峰强越弱.锗/氧化硅薄膜的发光峰位于580 nm附近,锗与总靶的面积比对发光峰的强度影响较大,锗/氧化硅薄膜中的锗含量越高峰强越弱.不同的退火温度对样品的发光峰强及峰位均没有明显影响.可以认为锗/多孔硅的发光峰是由多孔硅与孔间隙中的锗纳米晶粒两者界面的锗相关缺陷引起的,而锗/氧化硅的发光峰来自于二氧化硅的发光中心.     

氧、氮掺杂硅基薄膜的荧光光谱

采用磁控溅射法制备了氧、氮掺杂的非晶硅膜 ,测量了薄膜的荧光光谱 ,获得了包括红光、绿光、蓝光及紫光和紫外的强荧光发射 ,其荧光特性受氮、氧含量及沉积时基片温度的影响。结果表明 :红光包括起源于量子限制效应的宽带及氧缺陷能级引起的分立峰 ;绿光依赖于氮的掺杂 ,起源于氮的缺陷能级跃迁 ,其峰型和峰位受基片沉积温度的影响 ;蓝光部分表现为多个分立峰的叠加 ,起源于复杂的氧缺陷能级 ;紫光部分包括一对双峰和多个宽发射带 ,发射带的强度受掺杂种类、掺杂浓度及沉积时基片温度的影响。当基片温度为750℃、中等氧氮掺杂时 ,可获得强的绿光和紫光发射。     

溶胶-凝胶法制备Ce3+掺杂纳米SiO2材料光致发光研究

通过溶胶-凝胶技术制备了掺杂Ce^3＋离子的纳米SiO2材料,并经较低温度下煅烧,研究其光致发光（PL）性能。X射线衍射（XRD）及透射电子显微镜（TEM）测试结果表明该纳米材料具有非晶态结构,颗粒尺寸为20～30nm。对其光致发光谱的测定显示：经450℃低温煅烧,未掺杂SiO2样品的光致发光谱明显为多峰的宽带结构,而微量Ce^3＋掺杂的样品在230nm激发下存在着唯一的一个很强的、主峰位于346nm左右的紫外发光峰,与未掺杂SiO2及Cu^2＋掺杂SiO2样品的比较表明该发光峰并非常见的Ce^3＋离子的d-f跃迁产生的特征发光带,而是起源于SiO2中的某种本征缺陷中心。通过不同煅烧温度以及不同Ce^3＋离子掺杂量对346nm发光峰强度的影响,讨论该发光峰起源可能的结构模型。     

Visible light emission from Si/SiO2 superlattices in optical microcavities

Bright quantum confined luminescence due to band-to-band recombination can be obtained from Si/SiO₂ superlattices. Placing them in a one-dimensional optical microcavity results in a pronounced modulation of the photoluminescence (PL) intensity with emission wavelength, as a consequence of the standing wave set up between the substrate and top interfaces. For a Si substrate, absorption of light reduces the PL efficiency, but for an Al-coated glass substrate the PL intensity is twice that of a quartz substrate case. The addition of a broad-band high reflector to the superlattice surface results in enhanced narrow-band emission. These results show that a suitably designed planar microcavity can not only considerably increase the external efficiency of luminescence in Si/SiO₂ superlattices but can also be used to decrease the bandwidth and selectively tune the peak wavelength.