激光限制结晶技术制备nc-Si/SiO2多层膜

在等离子体增强化学气相淀积系统中，采用aSi:H层淀积和原位等离子体氧化相结合的逐层生长技术制备了aSi:H/SiO_2多层膜.在激光诱导限制结晶原理基础上，使用KrF准分子脉冲激光为辐照源，对aSi:H/SiO_2多层膜进行辐照，使纳米级厚度的aSi:H子层晶化.Raman散射谱和电子衍射谱的结果表明，经过激光辐照后纳米Si颗粒在原始的aSi:H子层内形成，晶粒尺寸可以根据aSi:H层的厚度精确控制.还研究了样品的光致发光（PL）特性以及激光辐照能量密度对PL性质的影响. 关键词： 脉冲激光 多层膜 限制结晶     

等离子体氧化nc-Si/SiO_2多层膜的蓝光发射

报道了在等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)系统中用交替淀积 a-Si对其进行原位等离子体氧化的方法制备了 a-Si∶H/ Si O2 多层膜。随着 a-Si∶H子层的厚度从 3 .8nm减小到 1 .5 nm,a-Si∶H/ Si O2 多层膜的光吸收边和光致发光 (PL )出现了蓝移。在晶化的 a-Si∶ H/ Si O2 多层膜中不仅观察到室温下的红光带 (80 0nm)的发光峰 ,而且还观察到蓝光发射 (4 2 5 nm) ,结合 Raman,TEM和 PL测试 ,对其原因作了简单的分析     

Modified Photoluminescence by Silicon-Based One-Dimensional Photonic Crystal Microcavities

photoluminescence (PL) lrom one-dimensional photonic band structures is investigated. The doped photonic crystal with microcavitles are fabricated by using alternating hydrogenated amorphous silicon nitride (a-SiNx:H/a-SiNy:H) layers in a plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD) chamber. It is observed that microcavities strongly modify the PL spectra from active hydrogenated amorphous silicon nitride (a-SiNx:H) thin film. By comparison, the wide emission band width 208nm is strongly narrowed to 11 nm, and the resonant enhancement of the peak PL intensity is about two orders of magnitude with respect to the emission of the λ/2-thick layer of a-SiNx:H. A linewidth of Δλ=11 nm and a quality factor of Q=69 are achieved in our one-dimensional a-SiNz photonic crystal microcavities. Measurements of transmittance spectra of the as-grown samples show that the transmittance resonant peak of a cavity mode at 710nm is introduced into the band gap of one-dimensional photonic crystal distributed Bragg reflector (DBR), which further verifies the microcavity effects.     

Different charging behaviors between electrons and holes in Si nanocrystals embedded in SiN_x matrix by the influence of near-interface oxide traps

Si-rich silicon nitride films are prepared by plasma-enhanced chemical vapor deposition method,followed by thermal annealing to form the Si nanocrystals(Si-NCs)embedded in Si Nx floating gate MOS structures.The capacitance–voltage(C–V),current–voltage(I–V),and admittance–voltage(G–V)measurements are used to investigate the charging characteristics.It is found that the maximum flat band voltage shift(△VFB)due to full charged holes(～6.2 V)is much larger than that due to full charged electrons(～1 V).The charging displacement current peaks of electrons and holes can be also observed by the I–V measurements,respectively.From the G–V measurements we find that the hole injection is influenced by the oxide hole traps which are located near the Si O2/Si-substrate interface.Combining the results of C–V and G–V measurements,we find that the hole charging of the Si-NCs occurs via a two-step tunneling mechanism.The evolution of G–V peak originated from oxide traps exhibits the process of hole injection into these defects and transferring to the Si-NCs.     

氨气预氮化制备超薄氮化硅薄膜及电学性能

为寻求制备性能良好的纳米厚度氮化硅(SiN_x)薄膜的方法,采用NH_3等离子体氮化、SiH_4/NH_3等离子增强化学淀积法及先氮化后淀积的方法制备了三种SiN_x薄膜,研究比较了三种薄膜的性质。用X射线光电子谱检测了NH_3等离子体氮化Si片得到的SiN_x薄膜的组分,利用椭圆偏振光谱仪测量薄膜厚度,估算了氮化速率。用NH_3和SiH_4作为反应气,分别在原始硅片和经过NH_3预氮化后的硅片上淀积厚度为5 nm、10 nm和50 nm的SiN_x薄膜。用电容-电压法研究了薄膜样品的电学性质,发现单纯用NH_3等离子体氮化的薄膜不适合做介质膜,而先用NH_3氮化再淀积SiN_x的样品比直接淀积SiN_x的样品界面性能明显改善,界面态密度降低到1～2×10~(11)eV~(-1) cm~(-2)。     

微晶硅硼薄膜结构的喇曼研究

单晶,多晶,微晶及非晶硅是固态硅材料中几种重要的组建结构.随着非晶硅晶化研究的深入,定量的研究其微观尺度的变化(键角变化△θ,微晶晶粒尺度△d)已日趋必要,而光散射手段为此提供了可能.非晶硅喇曼谱中类TO模的峰位变化(△ω_R)为微晶硅晶粒尺度提供了数据△d～2π(B/△ω_R)~(1/2)(B是材料的结构参数),类TO模峰陡边的半高峰宽,又为每个键的平均畸变能U=3K(r_(b*)△θ)~2提供了一定的信息.文中对与之相关的物理过程亦做了相应的讨论.     

微腔中nc-Si/SiN超晶格的光致发光

研究了一维光子晶体微腔结构对nc-Si/a-SiNz超晶格发射的调制.一维光子晶体微腔采用两种具有不同折射率的非化学组分非晶氮化硅的周期调制结构,腔中嵌入采用激光晶化方法制备的硅量子点阵列,从Raman谱和透射电子显微镜分析得到其尺寸约为3～4 nm.从光致发光谱上观察到明显的选模作用、明显变窄的发光峰以及约两个量级的发光强度的增强.微腔对硅量子点阵列发光的调制主要表现在两个方面:共振模式的增强和非共振模式的抑制.硅量子点中位于腔共振模式的辐射跃迁被增强,非共振模式的辐射跃迁被抑制,因此位于腔共振频率处的跃迁通道成为硅量子点中唯一的辐射跃迁通道,导致光致发光谱的窄化和强度的增强.因此,在提高硅材料发光效率方面,光子晶体微腔具有非常大的应用前景.     

微腔中nc-Si/SiN超晶格的光致发光

研究了一维光子晶体微腔结构对nc-Si/a-SiNz超晶格发射的调制.一维光子晶体微腔采用两种具有不同折射率的非化学组分非晶氮化硅的周期调制结构,腔中嵌入采用激光晶化方法制备的硅量子点阵列,从Raman谱和透射电子显微镜分析得到其尺寸约为3～4 nm.从光致发光谱上观察到明显的选模作用、明显变窄的发光峰以及约两个量级的发光强度的增强.微腔对硅量子点阵列发光的调制主要表现在两个方面:共振模式的增强和非共振模式的抑制.硅量子点中位于腔共振模式的辐射跃迁被增强,非共振模式的辐射跃迁被抑制,因此位于腔共振频率处的跃迁通道成为硅量子点中唯一的辐射跃迁通道,导致光致发光谱的窄化和强度的增强.因此,在提高硅材料发光效率方面,光子晶体微腔具有非常大的应用前景.     

镶嵌在超薄SiO2层中的纳米硅的库仑阻塞现象

采用等离子体氧化和逐层(layer by layer)生长技术在等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)系统中原位制备了SiO2/nc-Si/SiO2的双势垒纳米结构,从nc-Si薄膜的喇曼谱中观察到结晶峰,估算出该薄膜的晶化成分和平均晶粒尺寸分别约为65%和6nm.通过对该纳米结构的电容-电压(C-V)测量,研究了载流子的隧穿和库仑阻塞特性.在不同测试频率的C-V谱中观测到了由于载流子隧穿引起的最大电容值抬升现象.通过低温低频C-V谱,计算出该结构中nc-Si的库仑荷电能为57meV.