Si基发光材料研究进展11 毕业论文.docVIP

硅基发光材料研究进展 摘要：硅基发光材料是实现光电子集成的关键材料。本文分析了传统工艺制作的硅基发光材料存在发光效率低、发光性能不稳定等缺点，在此基础上，总结目前量子理论、超晶格理论和纳米技术在硅基发光材料研究进展以及多孔硅的实践应用，并对硅基发光材料的前景进行展望。 关键词 硅基发光材料 多孔硅 量子限制效应 Abstract: Si-based light emitting material is the key material of optoelectronic integration. This paper analyzes the traditional craft of Si-based light emitting that exists the defects, such as the inefficiency and the unsteady property of light emitting, and sums up the current progresses of quantum theory, superlattice theory, nano-scale technology in the Si-based light emitting material and the applied of porous silicon. Also some prospects of Si-based light emitting material is mentioned in this parper Key words Si-based light emitting material porous silicon Quantum confinement effect 目录： 1 引言…………………………………………………（3） 2 早期Si基发光材料的研究…………………………（3） 2.1 缺陷工程………………………………………（3） 2.2 杂质发光………………………………………（3） 2.3 能带工程………………………………………（4） 2.4 异质外延………………………………………（4） 3 发光多孔硅…………………………………………（4） 3.1 多孔硅的制作…………………………………（4） 3.2 多孔硅发光微观结构与发光机理……………（5） 3.3 多孔硅光致发光光谱…………………………（7） 3.4 多孔硅应用研究的展望………………………（7） 4 硅基发光材料研究进入多孔硅的后续发展阶段…（8） 4.1 硅基多孔SiC蓝光发射材料…………………（8） 4.2 离子注入硅基SiO2 发光薄膜………………（9） 4.3 硅基低维发光材料……………………………（10） 5 结束语………………………………………………（11） 引用文献………………………………………………（12） 1.引言 硅不仅电学性质良好，许多光电性质也比较优越。但是 ,因为硅是间接带隙材料 , 发光效率很低 (在近红外区其效率为 ,硅的导带底不在布里渊区的中心,而是在 (110) 方 向轴上 0 . 85 () 处 ,所以一共有 6 个等价的导带极小 ,当电子从价带被激发至导带 ,通过与 晶格的相互作用 ,放出声子 ,弛豫至导带 ,由于价带顶在布里渊区的中心 ,波矢为零的电子不能直接由导带底跃迁至价带顶发出光子 ,它只能通过同时发射或者吸收一个声子 ,间接跃迁 至价带顶 ,这种间接跃迁的几率比直接跃迁的几率小得多 ,导致其发光效率非常低。 基于上面硅的所具有的缺点，人们曾经想过用可发光的直接带隙材料（如砷化钾）来替代。但是由于无法发展出一套可以与硅抗衡的平面工艺和集成技术，在微电子集成和光电子集成方面始终未能取代硅。于是人们把光电子集成基础材料的希望又转向了硅。本文主要介绍了早期Si基发光材料、发光多孔硅以及在发光多孔硅带动下硅基发光材料的新发展。 2．早期Si基发光材料的研究 长期以来，人们在硅基发光材料研究上作了坚韧不拔的努力。 几乎在硅集成技术和硅平面工艺发展的每一个阶段 ,人们都曾运用各种工艺技术来探索硅基发光材料。下面仅列 举几个主要研究方面 。 2．1　缺陷工程 缺陷工程的基本思想是在硅单晶中引入光活性缺陷中心 ,它可以由辐照损伤引入 ,也可 以由杂质引起某种结构缺陷。 通过这些缺陷中心实现无声子跃迁而发光. 等电子陷阱是一个 典型例子。 它是在硅中掺入与硅同族 ( ⅣA族) 的杂质 , 如 C , Ge , Sn 或 Pb , 可 形 成 等 电 子 陷 阱 ,它们是辐射复合中心. 在掺 C 的硅中可观 测到无声子跃迁, 但发光效率很低。有趣