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第 19 卷第 1 期 半 导 体 学 报 . 19, . 1 V o l N o 1998 年 1 月 CH IN ESE JOU RNAL O F SEM ICONDU CTOR S Jan. , 1998 脉冲激光沉积硅基二氧化硅 薄膜的蓝光发射 郑祥钦 郭新立 廖良生 刘治国 (南京大学物理系和固体微结构国家重点实验室 南京 210093) 摘要 用准分子激光在含氧气氛中对硅靶材料进行反应剥离, 并让反应生成物沉积在单晶硅 片表面上. 用X 射线光电子能谱、透射电镜分析, 以及光致发光谱等方法对沉积的薄膜进行研 究. 结果显示, 形成的薄膜是非晶态的二氧化硅组分, 并且在其中含有少量的微米量级的多晶 硅颗粒, 在 440nm 附近的蓝光范围内有一光致发光带, 初步认为它是由形成的二氧化硅中的 氧空位缺陷引起的. : 8115 , 7855, 7865 PACC I 1 引言 硅基发光材料是目前光电子领域中倍受重视的研究课题, 随着硅基发光材料在红光和 绿光范围的进展, 硅基蓝光材料更是吸引了众多的研究者为之探索, 许多硅基蓝光材料及其 制备方法相继提出[ 1～ 4 ]. 最近人们又开始把二氧化硅作为硅基发光材料来进行研究. L iao [ 5 ] 和 Zheng [ 6 ] 等人分别在注硅热氧化二氧化硅和注硅化学气相沉积二氧化硅上观察到蓝光发 射. 激光沉积是利用高能量密度的脉冲激光瞬态加热固体表面, 使其局部区域快速升温至 熔化蒸发并沉积在另一固体表面. 它在半导体材料的制备方面也有广泛的应用. 近年来, 激 光沉积也被用来制备硅基硅材料及硅基硅化物材料, 并对这些材料的结构及发光特性进行 [ 7, 8 ] 了研究 . 本文介绍用准分子激光, 在含氧气氛中对单晶硅靶进行反应剥离, 并让反应的生成物沉 积在单晶硅片表面上. X 射线光电子能谱(XPS) 分析表明, 沉积的薄膜表现为二氧化硅的组 分. 通过透射电子显微镜(T EM ) 可观察到微米量级的多晶硅颗粒. 在 330～ 600nm 范围内 有一光致发光(PL ) 带, 光强的极大值在 440nm 的蓝光范围内. 初步认定该发光带是由二氧 化硅中的氧空位缺陷引起的. 本课题得到大连理工大学三束材料改性国家重点联合室验室资助 郑祥钦 男, 1943 年出生, 副教授, 从事半导体材料研究 收到,定稿 22 半 导 体 学 报 19 卷 2 样品制备 使用的激发光源是 200 准分子激光器, 激光波长是 248 , 脉冲重复频率为 1 , L XP nm H z 脉冲能量约为 100 . 沉积过程在一个真空剥离室内进行. 靶材料是一单晶硅片, 它被固定 m J 在一个可绕轴转动的靶台上. 转动轴通过靶面中心并与靶面垂直, 其方向与水平方向约成 45 度倾斜. 另一清洁的单晶硅片被水平地放置在位于剥离室中轴位置的样品台上, 作为剥 离生成物的沉积衬底. 衬底中心与硅靶的剥离点的距离约 3cm. 样品台下的电热加热器可以 把样品加热到适当的温度. 剥离室经一阀门和真空系统相通, 它包括有机械泵和分子泵. 反 应气体通过另一阀门进入剥离室. 脉冲激光以水平的方向通过石英窗口进入剥离室, 并以与 硅靶表面成 45 度角的方向投射到硅靶表面. 硅靶以每秒半圈的速度绕轴旋转, 激光的入射 点距转动轴心约 3 .
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