镶嵌在SiC介质中的纳米晶硅薄膜结构与光致发光研究.pdfVIP

镶嵌在SiC介质中的纳米晶硅薄膜 结构与光致发光研究 摘 要 纳米晶硅由于其新颖的纳米结构特征使它具有不同于单晶硅和非晶硅的结构、光 学以及光电性能，使它在硅基光电子器件和第三代太阳能电池等领域有着广阔的应用 前景。在综合评述了纳米晶硅薄膜材料研究进展的基础上，本文详细介绍了镶嵌在 SiC介质中纳米晶硅薄膜的制备方法、实验设计、薄膜微观结构和光致发光特性的测 量结果。采用磁控溅射共沉积技术在单晶硅(111)衬底上制备了不同工艺参数的 显微镜(SEM)、光致发光谱(PL)等检测设备和技术系统地研究了制备工艺参数对 Sil-xC。／SiC多层薄膜相结构、表面形貌、晶粒尺寸等微观结构以及发光性能的影响， 并在此基础上探讨了光致发光的发光机理。 当溅射气压为0．6Pa时，得到的SiI-xC。／SiC多层薄膜表面较平整、致密，粗糙 度较小，薄膜质量较好。常温下生长未退火和较低退火温度处理的薄膜的晶体结构仍 然处于非晶相，当退火温度升到某一温度值时，非晶Si或SiC丌始慢慢固相晶化， 发生非晶态向纳米晶相的转变，逐渐形成了镶嵌在SiC介质中的纳米品硅薄膜。但是 退火温度达到何值时才发生晶化，受到复合靶上的Si／SiC面积比的影响，增加复合 着退火温度升高和复合靶上的Si／SiC面积比增加，镶嵌在碳化硅介质中的纳米晶硅 平均尺寸都逐渐增大，晶体的结晶质量也随之提高。在退火或制备过程有氧原子吸收 进来与未饱和的硅悬挂键相互扩散，随着退火温度升高，形成更多的Sj．0键，有更 多的未饱和硅悬挂键被氧钝化。在室温下观察到了SiI．xC。／SiC多层薄膜的二个光致发 光峰现象，随着退火温度升高和复合靶上Si／SiC面积比增加，二个光致发光峰都发 生了明显的红移，但发光强度变化不一。我们用纳米晶硅表面的缺陷辐射复合发光束 解释低能量发光峰，其发光机理归结为Sil-xC。／SiC多层簿膜中的未饱和的硅悬挂键有 l 摘要 关的缺陷引起的发光，由于未饱和悬挂键钝化度的改变导致了该发光峰的红移。我们 运用镶嵌在SiC介质中纳米晶硅薄膜的纳米结构引起的量子尺寸限制效应很好的解 释了高能量发光峰，由于纳米晶硅晶粒的平均尺寸增加而导致了高能量PL峰的红移。 关键词：纳米晶硅薄膜；磁控溅射；高温退火；微观结构；光致发光 ONSTRUCTURALAND RESEARCH EMBEDDEDIN PROPERTIESOFSILICONNANOCRYSTALS SICMATRIXPREPARED ABSTRACT Dueto canemitvisibleandexhibit nanostructure，Siliconnanocrystals light novelty novel and structure．Si propertiesspecial nanocrystals(Si optoelectronic are consideredasa materialfor inadielectricmatrixwidely promising potential thefieldsofSi-based devicesandthird applicationain optoelectronic generation cells．Onthebasisof the ofSi solar