激光辅助刻蚀硅锗合金样品生成低维片状结构的PL发光

我们用激光辐照辅助电化学刻蚀法在硅锗合金上形成了多种氧化低维纳米结构,特别是硅锗合金薄膜裂解后生成条形片状结构,其条形片表面有纳米颗粒分布。发现这些纳米颗粒经空气氧化后在波长为760nm和866nm处有较强的光致荧光(PL)峰,高温退火后其PL峰(643nm和678nm)有明显的蓝移。实验结果支持量子受限(QC)发光模型。该项工作为制备硅和锗的强发光材料提供了新的方法。     

多孔硅激光

我们用波长为1064nm的纳秒脉冲激光在硅表面打出小孔结构,然后再做高温退火处理形成了硅的纳米氧化低维结构.在514nm激光泵浦下,发现该结构在700nm和750nm处有很强的受激辐射发光(PL).实验中发现:该PL发光有明显的阈值表现和激光增强效应,证明该PL发光确实是光致受激发射.计算給出氧化界面态模型来解释该光致受激发光机理,其中Si=O和Si-O-S的键合可以产生氧化陷阱态,关键在于该氧化陷阱态与价带顶空穴态之间能够形成粒子数反转.为硅基上激光器件的光电子集成研发开辟了新的途经.     

硅锗薄膜上低维结构的PL发光的物理模型

采用高温氧化（800℃）和激光辐照低温氧化（300℃）的方法以及用激光直接辐照方法,在硅锗合金薄膜上生成锗纳晶。这两种方法所生成的锗纳晶所对应的光致发光（PL）在可见光范围。其中在606nm处有很尖锐的发光峰。经比较发现：低温氧化的样品所对应的PL光谱比高温氧化的PL光谱有明显的蓝移;在606nm处的PL光谱峰位没有变化;高温氧化的样品在606nm处PL光谱的强度明显增强。提出量子受限和锗纳晶与氧化硅的界面态综合发光模型来解释其PL光谱的产生及变化。     

激光辐照加工的硅氧化结构的受激发光(英文)

我们用1064nm脉冲激光在硅表面加工出小孔结构,再作高温退火处理形成硅氧化纳米结构,发现该结构在692和694nm波长处有很强的光致受激发光(PL).通过进一步实验发现:该PL发光有明显的阈值表现和光泵线性增强效应,证明该PL发光确实是光致受激辐射.我们提出氧化界面态模型来解释光致受激发光机理,在氧化界面态与价带顶空穴态之间形成粒子数反转.这项工作为硅基上发光器件的光电子集成研发开辟了新的途经.     

硅锗合金氧化纳米结构的光致发光谱

首次发现硅锗合金氧化纳米结构中的锗纳米层的PL谱(5410A波长处的谱峰),采用量子受限模型分析PL谱结构得到的计算方法和结果与实验拟合较好.     

氧化生成的锗纳米结构的量子受限分析

研究了硅锗合金的氧化行为，首次发现快氧化生成的锗纳米膜复盖在氧化层上。在PL谱中，我们发现与锗纳米结构相关的一些新的谱峰。量子受限模型和新的算法被给出，较好地解释了PL谱的分布和形成机理。     

锗晶的零维纳米结构的光致发光模型

采用氧化和析出的方法在氧化硅中凝聚生成锗纳米晶体量子点结构.对比了在长时间高温退火氧化条件下和在短时间低温退火用激光照射氧化条件下所生成的锗纳米晶体结构的PL光谱和对应的锗纳米晶体团簇的尺寸分布.为了解释605nm波长处的很强的光致发光峰,在Ge纳晶团簇与SiO2的界面处建立起三能级受激光致发光模型.这为锗的集成激光元器件的开发提供了一条新思路.     

退火对硅锗薄膜上低维结构的PL光谱的影响

采用激光辐照的方法在硅锗薄膜样品表面生成微米级小孔,用高精度扫描电镜观察孔内结构,发现片状的纳米结构. 用荧光光谱仪测其光致荧光谱,在705 nm处出现较强的光致荧光谱（PL）. 对片状结构在800 ℃下进行退火20 min后,其PL光谱明显蓝移至575 nm. 退火40 min后,在725 nm处有较宽的PL光谱,同时,在606 nm处有一尖锐的PL光谱. 利用量子受限和纳晶与氧化物的界面态综合模型解释PL光谱的产生.     

硅锗合金氧化层中纳米结构的量子受限分析

在硅锗合金氧化层中发现锗纳米表层结构，并分析了其时应的PL谱结构。提出相对应的量子受限模型计算公式和算法，理论分析结果与实验结果拟合较好。     

SiGe合金氧化层中的纳米结构

我们在硅锗合金衬底上采用氧化等制膜方式生成零维和三维的纳米结构样品,用高精度椭偏仪(HPE)、卢瑟福背散射谱仪(RBS)和高分辨率扫描透射电子显微镜(HR-STEM)测量样品的纳米结构,并采用美国威思康新州立大学开发的Rump模拟软件对卢瑟福背散射谱(RBS)中的CHANNEL谱和RANDOM谱分别进行精细结构模拟,计算且测量出纳米氧化层与锗的纳米薄膜结构分布,并且反馈控制加工过程,优化硅锗半导体材料纳米结构样品的加工条件.我们在硅锗合金的氧化层表面中首次发现纳米锗量子点和量子层结构,我们首次提出的生成硅锗纳米结构的优化加工条件的氧化时间和氧化温度的匹配公式和理论模型与实验结果拟合得很好.     

硅基上低维结构的受激发光

用514nm 激光抽运纳晶硅样品时,我们观测到表面上氧化结构在692nm 和 694nm处的尖锐受激发光,其明显的阈值行为证明了它的受激辐射特性.纳晶硅氧化结构通过激光辐照和退火处理来形成.解释这种受激辐射的模型已提出,其中纳晶硅与氧化硅之间的陷阱态起着重要的作用.     

纳秒激光加工生成网孔硅的发光

我们分别在氧气、氮气或空气等不同氛围中用纳秒脉冲激光在硅基上加工生成网孔结构,发现这些样品有增强的PL发光,且各样品的PL峰很相似。通过第一性原理计算,发现各种网孔结构表面的成键类型与密度是形成PL发光增强的关键,并由此提出相应的物理模型。     

纳秒激光加工生成硅量子点的发光性质研究

该文报道氧气、氮气或空气等不同氛围中用纳秒脉冲激光在硅基上加工生成量子点结构,发现这些样品在700 nm波长附近均有增强的光致发光(Photoluminescence,PL),且各样品的PL峰很相似;经适当退火处理后,在某些样品上观察到随机受激发光.通过第一性原理计算,发现各种量子点结构表面的成键类型与密度是形成PL发光增强的关键,并由此提出相应的物理模型.     

激光作用生成的网孔硅结构

作者结合量子受限效应,提出纳硅晶与氧化硅界面态发光模型来解释激光作用生成的纳米网孔壁结构的强荧光效应。将功率为50W、波长为1064nm的YAG激光束(束斑直径0.05mm)照射在硅样品表面打出小孔,在孔内的侧壁上,有很特殊的网孔形结构,其中的网孔壁厚为纳米尺度,这里有很强的受激荧光发光效应,发光峰中心约在700nm处。我们将激光与硅样品的作用隔离于无氧化的环境里,分别比较了将硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中的激光加工结果,其发光情况证实了该发光模型的真实性。优化激光加工的条件,我们获得了较强发光的样品。     

激光作用生成的纳晶硅与氧化硅界面态发光模型

我们结合量子受限效应,提出纳硅晶与氧化硅界面态发光模型来解释激光作用生成的纳米网孔壁结构的强荧光效应.将功率为50W、波长为1 064nm的YAG激光束(束斑直径0.05mm)照射在硅样品表面打出小孔,在孔内的侧壁上,有很特殊的网孔形结构,其中的网孔壁厚为纳米尺度,这里有很强的受激荧光发光效应,发光峰中心约在700nm处.我们将激光与硅样品的作用隔离于无氧化的环境里,分别比较了将硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中的激光加工结果,其发光情况证实了该发光模型的真实性.优化激光加工的条件,我们获得了较强发光的样品.     

纳晶硅氧化层中陷阱态的发光模型

纳晶硅氧化以后的PL发光带中心明显地钉扎在690nm～750nm波长之间，发光强度有显著的增加。我们通过研究纳晶硅氧化后化学键结构的改变和对应能带结构的变化，表明在较小尺寸纳晶硅的氧化过程中，有Si-O-Si桥键和Si=O双键的形成，产生对应的电子陷阱态出现在带隙中。PL发光的增强和中心波长的钉扎效应可以用纳晶硅中的量子受限理论和带隙中的陷阱态模型来解释。其中，陷阱态的位置低于量子受限激发态的位置是PL发光出现钉扎与增强效应的必要条件。