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包含硅量子点的富硅SiNx 薄膜结构与发光特性

廖武刚 曾祥斌 文国知 曹陈晨 马昆鹏 郑雅娟

包含硅量子点的富硅SiNx 薄膜结构与发光特性

廖武刚, 曾祥斌, 文国知, 曹陈晨, 马昆鹏, 郑雅娟
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  • 采用等离子体增强化学气相沉积法, 以NH3与SiH4为反应气体, n型单晶硅为衬底, 低温(220 ℃)沉积了富硅氮化硅(SiNx)薄膜. 在N2氛围中, 于500–1100 ℃ 范围内对样品进行了热退火处理. 采用Raman 光谱技术分析了薄膜内硅量子点的结晶情况, 结果表明, 当退火温度低于950 ℃时, 样品的晶化率低于18%, 而当退火温度升为1100 ℃, 晶化率增加至53%, 说明大部分硅量子点都由非晶态转变为晶态. 实验通过Fourier 变换红外吸收(FTIR)光谱检测了样品中各键的键合结构演变, 发现Si–N键和Si–H键随退火温度升高向高波数方向移动, 说明了薄膜内近化学计量比的氮化硅逐渐形成. 实验还通过光致发光(PL)光谱分析了各样品的发光特性, 发现各样品中均有5个发光峰, 讨论了它们的发光来源, 结合Raman光谱与FTIR光谱表明波长位于500–560 nm的绿光来源于硅量子点, 其他峰则来源于薄膜内的缺陷态. 研究了硅量子点的分布和尺寸对发光带移动的影响, 并根据PL峰位计算了硅量子点的尺寸, 其大小为1.6–3 nm, 具有良好的限域效应. 这些结果有助于制备尺寸不同的硅量子点和基于硅量子点光电器件的实现.
    • 基金项目: 教育部支撑技术计划(批准号: 62501040202)和深圳市战略性新兴产业发展专项资金(批准号: JCYJ20120831110939098)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-11-15
  • 修回日期:  2013-02-24
  • 刊出日期:  2013-06-20

包含硅量子点的富硅SiNx 薄膜结构与发光特性

  • 1. 华中科技大学光学与电子信息学院, 武汉 430074
    基金项目: 

    教育部支撑技术计划(批准号: 62501040202)和深圳市战略性新兴产业发展专项资金(批准号: JCYJ20120831110939098)资助的课题.

摘要: 采用等离子体增强化学气相沉积法, 以NH3与SiH4为反应气体, n型单晶硅为衬底, 低温(220 ℃)沉积了富硅氮化硅(SiNx)薄膜. 在N2氛围中, 于500–1100 ℃ 范围内对样品进行了热退火处理. 采用Raman 光谱技术分析了薄膜内硅量子点的结晶情况, 结果表明, 当退火温度低于950 ℃时, 样品的晶化率低于18%, 而当退火温度升为1100 ℃, 晶化率增加至53%, 说明大部分硅量子点都由非晶态转变为晶态. 实验通过Fourier 变换红外吸收(FTIR)光谱检测了样品中各键的键合结构演变, 发现Si–N键和Si–H键随退火温度升高向高波数方向移动, 说明了薄膜内近化学计量比的氮化硅逐渐形成. 实验还通过光致发光(PL)光谱分析了各样品的发光特性, 发现各样品中均有5个发光峰, 讨论了它们的发光来源, 结合Raman光谱与FTIR光谱表明波长位于500–560 nm的绿光来源于硅量子点, 其他峰则来源于薄膜内的缺陷态. 研究了硅量子点的分布和尺寸对发光带移动的影响, 并根据PL峰位计算了硅量子点的尺寸, 其大小为1.6–3 nm, 具有良好的限域效应. 这些结果有助于制备尺寸不同的硅量子点和基于硅量子点光电器件的实现.

English Abstract

参考文献 (20)

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