有序可控纳米银球阵列对a-SiN_x∶O薄膜光致发光增强的研究

采用聚苯乙烯(PS)纳米小球自组装技术结合激光退火方法制备了三种不同尺寸纳米银球阵列,研究不同尺寸纳米银球阵列对非晶掺氧氮化硅(a-SiN_x∶O)薄膜的光致发光的影响.首先,在p型硅衬底上铺有三种不同尺寸的聚苯乙烯(PS)纳米小球,再采用磁控溅射系统蒸镀银薄膜,然后用激光对该银薄膜进行处理.最后,采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统在样品表面生长非晶掺氧氮化硅薄膜.实验结果表明,相比于未引入纳米银球阵列的a-SiN_x∶O薄膜,引入170nm、220nm和300nm银球阵列的a-SiN_x∶O薄膜,其光致发光强度(PL)分别增强4.6、3.1和1.3倍.样品的原子力显微镜(AFM)图像显示,纳米银颗粒呈周期性排列且尺寸可控.荧光光谱分析表明,随着纳米银球阵列尺寸的增加,薄膜的发光峰位出现了红移.通过分光光度计UV-3600对a-SiN_x∶O薄膜的消光谱进行了测量计算.为了进一步研究不同尺寸纳米银球阵列对非晶掺氧氮化硅(a-SiN_x∶O)薄膜的光致发光的影响,对其消光谱和PL谱进行了对比分析.实验证实了a-SiN_x∶O薄膜光致发光的增强来自于金属银局域表面等离激元(LSP)与a-SiN_x∶O薄膜光发射之间的耦合.     

反应气压对氢化非晶氮化硅薄膜的发光特性影响

采用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP-CVD)技术制备了氢化非晶氮化硅(a-SiNx:H)薄膜,利用光致发光谱(PL)和傅里叶红外吸收谱(FTIR)研究了不同气压条件下所形成薄膜的发光特性.结果表明,在较高气压条件下,所沉积薄膜的发光峰位在2.5 eV附近;减小气压使薄膜的沉积速率下降,其内部原子微观结构发生变化,薄膜的发光峰位在3.05 eV处,其半高宽为1.48 eV.     

碳化硅薄膜的光学特性研究

采用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HW-PECVD)技术制备了纳米晶碳化硅(nc-SiC)薄膜,利用傅立叶红外吸收谱(FTIR)、X射线衍射谱(XRD)、紫外-可见透射光谱(UV-Vis)和光致发光谱(PL)对薄膜的结构、光学带隙、发光特性等进行了测量和分析.结果表明,所沉积薄膜主要以Si-C键合结构存在,薄膜中包含有立方结构的3C-SiC晶粒,光学带隙2.59 eV,室温下薄膜表现出强的可见蓝色光致发光,发光峰位随氙灯激发波长的增加呈现红移现象,并将此发光归因于量子限制效应作用的结果.     

无氢类金刚石膜的光致发光特性研究

使用脉冲激光沉积（PLD）技术制备了系列无氢类金刚石（DLC）薄膜,测量了样品的Raman光谱、光吸收和光致发光,研究了光致发光与制备条件的依赖关系。结果表明,这种薄膜是有少量sp^2键和sp^2键组成的非晶碳膜。薄膜的光学带隙在1．68～2.46eV,发光在可见光区呈宽带结构。沉积温度对类金刚石薄膜的结构和发光性质有较大影响。当沉积温度从室温升高至400℃时,sp^2团簇的长大使C原子的有序度增强,从而导致薄膜的光学带隙变窄,发光峰红移且半高宽变小。     

硅衬底上多层Ge/ZnO纳米晶薄膜的制备及光学特性

采用射频磁控溅射技术和快速热退火方法在Si(100)衬底上制备多层Ge/ZnO纳米晶薄膜.Ge纳米晶的大小随着退火温度的增加,从2.9nm增加到5.3nm.光致发光谱测试发现两个发光峰,分别位于1.48,1.60eV左右.研究发现:位于1.48eV处的发光峰来源于ZnO相关的氧空位或富锌结构的缺陷发光,位于1.60eV处的发光峰随着退火温度的增大向短波长移动,该发光峰应该来源于GeO发光中心.     

沉积温度对PECVD 法制备SiNx 薄膜光致发光峰的影响

SiNx薄膜已经被广泛地应用于晶体硅太阳能电池表面作为减反和钝化膜,所以对SiNx薄膜的光学性质研究很有必要。本文采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在p型单晶硅(111)衬底上成功地制备了不同温度条件下的SiNx薄膜。室温下,在352 nm光源激发下,每个样品有2个发光位置,所有样品总共观测到了4处不同的发光峰位:390、471、545、570 nm,并且发现温度对390 nm处的发光峰位置无影响。由于杂质的引入在带间形成了局域化的缺陷能级,缺陷态能级和导带以及价带之间的跃迁是其主要的跃迁机制。因此,可以通过控制薄膜的生长条件来控制各个缺陷态密度,从而可以实现氮化硅薄膜在可见光范围内的可控发光。     

氨流量对制备富硅-氮化硅薄膜微结构演化的影响

利用热丝化学气相沉积法制备富硅-氮化硅薄膜,研究氨气流量对薄膜微结构的影响。实验中将热丝温度、衬底温度、沉积压强、硅烷流量及衬底与热丝间距等实验参数优化后,改变氨气流量,制备了一系列SiN_x薄膜样品。结果发现,氨气流量增加时,薄膜中Si-N键的形成却受到抑制,薄膜带隙展宽,缺陷态也随之增加。在光致发光谱480～620 nm范围内,观察到发光峰有明显的红蓝移现象,认为薄膜中有硅量子点的存在,缺陷态发光强度相对硅量子点的发光强度逐渐增强,为进一步制备在SiN_x薄膜中包埋硅量子点材料提供了依据。     

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.     

氮气对PECVD制备氮化硅薄膜结构与性质的影响

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,以SiH_4、NH_3和N_2为反应气体,研究氮气对制备氮化硅薄膜及其结构与性质影响.研究结果表明,利用PECVD沉积非晶SiNx薄膜时,薄膜中含有大量以Si-H和N-H键存在的H+离子,当其键合断裂时,大量H从膜中扩散出来并与其他杂质和缺陷发生反应,在沉积SiNx薄膜的过程中形成H空位,H以氢-空位对方式迅速扩散,完成钝化过程,导致薄膜致密性降低.适当增加氮流量,导致薄膜中N/Si比增大,Si-Si键浓度减少,Si-N键浓度增加,并出现轻微的蓝移;继续增加氮流量,薄膜逐渐呈富N态,伴随缺陷态增多,辐射增强,导致光学带隙迅速展宽,带尾态能量逐渐减小;当氮流量较高时,薄膜中形成了包埋在非晶SiNx中的Si_3N_4晶粒,实现了从非晶SiNx薄膜向包含Si_3N_4小晶粒薄膜材料的演变过程.     

氧化锌纳米材料的机械法制备及其光学性能研究

采用滚压振动磨在干法室温状态下大批量制备了氧化锌纳米材料,分别利用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)对样品晶体结构和形貌进行了表征.结果表明,ZnO纳米颗粒平均粒径约为60 nm,材料结晶良好,无杂质.室温下光致发光(PL)谱显示,在390 nm处有近带边紫外发射峰,这属于激子态发光;同时,在510 nm处有较弱的绿光发射峰,而强度最强的是位于648 nm处的红光发射峰,这两种发射属于表面缺陷态发光.UV-Vis吸收光谱表明,产物在紫外区有很强的紫外吸收,吸收峰出现了蓝移现象,这种蓝移验证了材料存在键断裂等表面缺陷态.Raman光谱表明非极性光学声子模位于437.6com-1处,纵向光学模(LO)峰位于583.6 cm-1处.     

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。     

有机源制备的氢化非晶碳膜的新颖发光行为

利用有机碳源 (二甲苯 ) ,采用等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)系统制备了一系列氢化非晶碳 (a C :H)薄膜样品 .与利用甲烷 (CH4)制备的a C :H不同 ,该样品的光致发光峰位于蓝绿光范围并且呈现多峰结构 ,而不是表现为一个较宽的单峰 .同时样品发光峰的特征随着制备过程中功率不同而变化 .认为 :a C :H薄膜中的芳香环结构的引入产生了新的发光中心 ,导致PL谱中新峰位的出现     

不同电解液中制备的多孔阳极氧化铝薄膜光致发光特性比较研究

采用电化学方法分别在硫酸、草酸、磷酸电解液中制备了多孔阳极氧化铝(AAO)薄膜.对其光致发光特性进行研究发现,硫酸和草酸电解液中制备的AAO薄膜在350~600 nm范围内出现了较强的光致发光带,前者的发光峰位为420 nm,后者除了420 nm的发光峰外,还在470 nm处有一个明显的峰肩,且后者的发光强度随氧化电压的增加而逐渐增强.磷酸电解液中制备的AAO薄膜在350~600 nm范围内没有出现明显的光致发光带.对其发光机理分析认为,硫酸电解液中制备的AAO薄膜的峰位为405 nm的发光源于F (氧空位俘获1个电子)中心,峰位为455 nm的发光可能是由F(氧空位俘获2个电子)中心引起的,也可能是由其它因素引起的.草酸电解液中制备的AAO薄膜的峰位为420 nm的发光与F 中心有一定的相关性,峰位为470 nm的发光主要源于与草酸根离子有关的发光基团.     

有序介孔SBA-15紫外光致发光机理研究

用水热法制备出了有序介孔二氧化硅SBA-15,分别在室温下进行了光致发光(PL)和电子顺磁共振(EPR)分析.室温PL谱分析发现了位于3.8 eV的紫外光致发光峰,进一步研究发现,样品在空气中静置十天后,3.8 eV的发光峰强度会增强.通过样品在不同温度下的退火试验分析并结合EPR谱,对这一发光的机理给予了解析,认为可能是介孔二氧化硅SBA-15中的ODC(Ⅱ)(≡Si…Si≡)缺陷与介孔中吸附的水分子反应形成的硅醇基(≡Si—OH)产生的发光.     

快速热退火增强非晶SiC_xO_y薄膜蓝绿光发射特性研究

采用甚高频等离子增强化学气相沉积技术,以SiH_4,CH_4和O_2作为反应气源,在150℃下制备非晶碳氧化硅薄膜,并对薄膜进行不同条件下快速热退火处理,研究快速热退火处理对其结构和发光特性的影响.实验表明,原始沉积薄膜在可见光全波段展现较强的光致发光特性,经过快速热退火处理后,其发光强度显著增强.薄膜在700℃经过快速热退火10s后,相比于原始沉积薄膜,其发光强度增强6倍,肉眼可见强的蓝绿光光发射.光荧光谱(PL)分析表明,薄膜的发光峰位不随激发波长的改变而发生明显变化.通过结合拉曼(Raman)光谱及傅里叶红外吸收(FTIR)光谱对薄膜的微结构及键合结构分析,分析了不同退火温度和退火时间对其蓝绿光发射增强机制的影响.     

TiO2-x(V2O5)纳米复合薄膜的光吸收

采用溶胶 -凝胶技术 ,以Ti(C4H9O) 4 和V2 O5粉末为原材料制备了纳米结构的TiO2 -x(V2 O5) (x为V2 O5的质量分数 ,分别为 10 % ,2 0 % ,30 % ,10 0 % )复合薄膜 .采用原子力显微镜观察薄膜的表面形貌 ;使用UV VIS NIR分光光度计测量了复合薄膜在紫外 -可见光波段的透射率和反射率光谱 ,研究其光吸收特性 .实验结果表明 :复合薄膜具有纳米颗粒结构 ;随着V2 O5用量的增加 ,复合薄膜在紫外光区的吸收逐渐增加 ,(αhv) 1/ 2 与hv存在线性关系 ,光学带隙由纯TiO2 的 3.36eV减小为x =30 %时的 2 .83eV ,光学带隙与x满足Eg(x) =Eg(0 ) [Eg(1)-Eg(0 ) -b]x bx2 关系式 ;复合薄膜光吸收边缘红移起因于V2 O5复合后薄膜中定域态宽度的增加 .     

SiOP介质膜及其对InGaAsP/InP量子阱激光结构混合无序的影响

用等离子体增强化学沉积(PECVD)方法制备了一种新的电介质薄膜—SiOP,用X射线光电子谱(XPS)和光荧光(PL)研究了膜的结构及膜对1.55μmInGaAsP/InP量子阱激光结构带隙的影响.XPS分析表明,该膜中存在SiO和PO键,P(2p)态键能为134.6eV.PL测量首次获得223.6meV的最大带隙蓝移.该技术在光子集成和光电子集成电路(PIC's,OEIC's)中有广泛的应用前景.     

ZnO荧光薄膜的制备及特性研究

采用直流反应磁控溅射方法在镀有ITO的玻璃衬底上制备了ZnO荧光薄膜。通过X射线衍射(XRD)、能谱分析仪对退火前后薄膜的结晶状况和成分进行了分析，利用荧光探测单色仪对薄膜的光致发光(PL)特性进行了研究。退火前后的发光峰分别位于光谱绿区499．2nm和517．8nm处。退火处理明显提高了绿光强度，并且使发光峰产生了红移。     

温度对非晶SiO_x薄膜的光致发光特性的影响

采用双离子束共溅射法制备的SiOx 薄膜为非晶结构 ,在室温下观察到了可见光致发光 (PL)现象 ,探测到样品有四个PL峰 ,它们的峰位分别为～ 32 0nm ,～ 4 10nm ,～5 6 0nm和～ 6 30nm ,且峰位和峰强随温度 (基片温度Ts 和退火温度Ta)的变化而发生变化 ,并对实验结果进行了讨论     

氮化硅的光致发光

采用PECVD技术在单晶硅(100)硅片表面沉积非晶氮化硅薄膜(a-SiN.),通过改变压强,调节氮气流量制备样品,再对沉积态样品进行真空传统退火和氮气氛围快速热退火(RTP)处理.研究认为,所制备的α-SiNx薄膜(N2与SiH4流量比＞20:1)的发光机制以能隙态模型发光机制为主.反应气体流量比不变,提高总的反应气压样品的发光主峰峰位发生了蓝移,真空高温长时间退火会减弱其光致发光效应,快速短时退火有利于其发光峰的增强.