在硅衬底上用HFCVD法生长的纳米SiC薄膜及其室温光致发光

用热丝化学汽相淀积 (HFCVD)法在硅衬底上生长具有纳米晶粒结构的碳化硅薄膜 .用X射线光电子谱仪 (XPS)、X射线衍射 (XRD)、傅里叶红外吸收光谱 (FTIR)、紫外光 Raman散射谱和高分辨透射电子显微镜 (HRTEM)对薄膜样品进行了结构和组分分析 ,并在室温条件下观察到了薄膜的高强度可见光发射 .

纳米硅薄膜的电致发光和光致发光

对用ＰＥＣＶＤ方法控制生长条件制备的纳米硅薄膜材料的发光性质进行了初步研究．在膜的纵向加直流偏压，暗场环境下可清楚地看到材料的电致发光现象．在同一套测量系统中分别测量了纳米硅材料的电致发光光谱和光致发光光谱，并用Ｌａｍｂｄａ９紫外／可见／近红外分光光度计测量了样品的透射谱。

用ECRCVD法制备的纳米碳化硅薄膜及其室温下的强光发射

用电子回旋共振化学气相沉积 (ECRCVD)方法制备了纳米碳化硅薄膜 .实验中发现 :在高氢稀释反应气体和高微波功率条件下 ,可以得到结构上具有纳米碳化硅晶粒镶嵌在碳化硅无序网络中的薄膜 .用高分辩透射电子显微镜、傅里叶红外吸收谱、Ram an散射和 X射线光电子谱等分析手段对薄膜的结构进行了分析 .在室温条件下 ,薄膜能够发出强烈的短波长可见光 ,发光峰位于能量为 2 .6 4 e V处 .瞬态光谱研究表明样品的光致发光寿命为纳秒数量级 ,表现出直接跃迁复合的特征 .

纳米硅薄膜微结构变化对薄膜光电性质的影响

用退火的方法改变了纳米桂（nc－Si：H）薄膜的微结构。用Raman散射和共振核反应方法分析了薄膜的微结构变化。结果表明，薄膜的氢含量是影响薄膜光学带隙的主要因素，而薄膜的晶态体积比和晶粒尺寸是影响薄膜电导率的主要因素。

纳米硅薄膜中量子点的库仑阻塞效应

用纳米硅薄膜制成了共振隧穿量子点二极管，在77K温度下对其I－V特性进行了测量，得到了具有共振隧穿特征的实验结果。对实验结果分析表明，纳米尺寸晶粒构成的量子点具有库仑阻塞效应。

多孔硅的形成机制及吸收特性

用测量多孔硅反射谱的方法研究了多孔硅在吸收边附近的特性。由于多孔硅的微空洞和残余部分大约只有纳米量级，故采用波长为２００～２６００ｎｍ的红外到紫外范围的光照射，根据多层膜的反射公式，计算出多孔硅在吸收边附近的吸收系数。结果表明（αｈω）２与（ｈω－Ｅｇ）呈线性关系，表明多孔硅在一定程度上已转变为直接带隙半导体。

申报国家自然科学基金的几点做法和体会

国家自然科学基金在加强基础研究和应用基础研究工作方面起着很重要的作用.在自然科学基金的资助下我国基础性研究稳步发展,获得了许多高水平的研究成果.同时,在发现、培养青年科技人才,稳定高水平的科技队伍方面也起到了积极作用.高等学校的年轻教师除了认真做好教学工作,不断提高教学水平外,积极开展科学研究工作也是使自己业务水平得到提高的有效途径.通过开展与学科相关的科学研究工作,可使我们所学的知识得到巩固和提高,培养开拓创新意识和科学研究的能力.我们课题小组在近两年申报国家自然科学基金的过程中做了一些工作,于 1998年度获得了两项基金项目的资助,为我们开展科学研究打下了良好的基础.现将我们在申报过程中的做法及一些体会总结如下:

Si衬底上外延3C-SiC薄层的XPS分析

采用 HFCVD技术 ,通过两步 CVD生长法 ,以较低生长温度 ,在 Si( 1 1 1 )和 Si( 1 0 0 )衬底上同时外延生长 3C- Si C获得成功 .生长源气为 CH4 + Si H4 + H2 混合气体 ,热丝温度约为2 0 0 0℃ ,碳化和生长时基座温度分别为 950℃和 92 0℃ ,用 X射线衍射 ( XRD)和 X射线光电子能谱 ( XPS)等分析手段研究了外延层的晶体结构、组分及化学键能随深度的变化 .XRD结果显示出 3C- Si C薄层的外延生长特征 ,XPS深度剖面图谱表明薄层中的组分主要为 Si和 C,且 Si/C原子比符合 Si C的理想化学计量比 ,其三维能谱曲线进一步证明了外延层中 Si2 p和与 Cls成键形成具有闪锌矿结构的 3C- Si

纳米Si薄膜的结构及压阻效应

使用ＨＲＥＭ及ＳＴＭ技术检测了纳米Ｓｉ薄膜的微结构纳米Ｓｉ薄膜由大量的细微Ｓｉ晶粒以及大量的晶粒间界面区组成．这一特殊的结构造成纳米Ｓｉ薄膜具有较大的压阻效应及较高氢含量．本文分析讨论了薄膜微结构对其压阻效应的作用。

nc-Si∶H/c-Si量子点二极管中的共振隧穿特性分析

采用常规ＰＥＣＶＤ工艺，在Ｎ型单晶硅（ｃ－Ｓｉ）衬底上沉积薄层纳米Ｓｉ（ｎｃ－Ｓｉ）膜，并进而制备了ｎｃ－Ｓｉ∶Ｈ／ｃ－Ｓｉ量子点二极管．在１０～１００Ｋ温度范围内实验研究了该结构的σ－Ｖ和Ｉ－Ｖ特性．结果指出，当反向偏压为－７～－９Ｖ时，无论在σ－Ｖ还是在Ｉ－Ｖ特性曲线上都观测到了近乎等间距的量子化台阶，此起因于在ｎｃ－Ｓｉ∶Ｈ膜中具有无序排布且粒径大小不一的Ｓｉ微晶粒中，由于微晶粒中能级的量子化而导致的共振隧穿现象．如果进一步改进膜层生长工艺，以制备出具有趋于有序排布、尺寸均匀和粒径更小的Ｓｉ微晶粒的ｎｃ－Ｓｉ∶Ｈ膜，有可能实现更高温度范围内的共振隧穿．

纳米硅二极管的电输运特性

用ＰＥＣＶＤ法在Ｓｉ衬底上沉积了纳米硅（ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ）薄膜，其室温暗电导可达１０－３～１０－１Ω－１ｃｍ－１，高于本征单晶硅的电导，将其制成遂道二极管，其Ｉ－Ｖ曲线在７７Ｋ呈现出量子台阶，对这一新颖物理现象进行了定性解释．

对纳米硅薄膜高电导机制的探讨

使用超高真空PECVD薄膜沉积系统制备的纳米桂薄膜（nc－Si：H）具有高电导特性。为了探讨其导电机制，先使用K．Yoshida早期提出的两相无序结构有效电导模型分别对晶粒电导和界面电导进行了理论计算。指出，nc－Si：H股中高电导主要来自于细微晶粒的传导，界面可视之为非导体。另一方面，实验证实nc－Si：H股的电导率随平均品粒尺寸减少而增大，具有明显的小尺寸效应。文中首次提出，nc－Si：H膜的微晶粒具有异质结量子点（HQD）特性，并按此模型对nc－Si：H膜的电导率实验曲线进行了讨论。理论与实验结果符合得很好．又得出，硅薄膜结构在其晶态体积百分比Xc=0．30和0．70处呈现出两个明显的相变点。

SiGeC/Si功率二极管的数值模拟与分析

将SiGeC技术应用于功率半导体器件的特性改进,提出了一种新型p+(SiGeC)n-n+异质结功率二极管结构.在分析SiGeC合金材料物理特性的基础上,给出了该结构的关键物理参数模型,并在此基础上利用MEDICI模拟,对比分析了C的引入对器件各种电特性的影响.此外,还模拟比较了不同p+区厚度对器件反向漏电流的影响.结果表明:在SiGe/Si功率二极管中加入少量的C,在基本不影响器件正向I V特性和反向恢复特性的前提下,大大减少了器件的反向漏电流,并且C的加入还减小了器件特性对材料临界厚度的依赖性,提高了器件稳定性.

多孔硅吸附荧光素钠分子产生荧光增强效应

多孔硅表面吸附荧光素钠分子后，由于其表面的独特性质，使得荧光素钠的荧光得到很大的增强，在这种吸附过程中彼此间存在能量转移过程．文中对荧光素钠增强机理及实验结果进行了详细分析讨论．

多孔硅表面光学敏感性研究

由于多孔硅具有大表面积，所以常呈现出非常灵敏的表面特性．作者以多孔硅为载体，吸附各种染料分子，如２，２′菁染料分子及其聚集体，首次观察到吸附分子的荧光增强效应和能量转移过程，文中对其机理进行了讨论．

纳米硅薄膜中的量子点特征

从电性和结构上论证了纳米硅薄膜中的细微晶粒(3～6 nm)具有量子点(Q.D)特征。在其电导曲线中呈现出随晶粒尺寸减而增大的小尺寸效应。使用薄层(～20nm厚)纳米硅膜制成了隧道二极管,已在液氮温区(≈77K)在其Ⅰ-Ⅴ及(?)-Ⅴ曲线上呈现出Coulomb台阶。对实验结果做了初步分析讨论。

纳米硅薄膜二极管中的共振隧穿现象

利用纳米硅薄膜中微晶粒的量子点（Ｑ．Ｄ）特征制成隧道二极管结构，在液氮温区（＜１００Ｋ）在其σＶ、ＩＶ及ＣＶ特性曲线上呈现出共振隧穿峰、库仑台阶和量子振荡现象。说明，对无序分布着的量子点阵列，只要其粒子尺寸足够小，同样会发生量子功能作用。估计了在室温范围呈现出这种量子功能作用的可能性。

纳米硅薄膜的电致发光和光致发光探索

自从多孔硅的光致发光被报道以来,引起人们的极大关注,这方面的研究得到很大的发展。关于其发光机理,文献[2～4]分别作了解释,目前还存在一定分歧,但人们已经普遍认为量子限制效应在起重要作用,同时表面态也有一定作用。另一方面,虽然多孔硅有很强的发光,但其发光稳定性却一直不能得到很好解决,而且多孔硅的制备为湿法工艺,与传统的硅平面工艺相差甚远,这给多孔硅的进一步发展和应用带来很大困难.Veprek等报道了对非晶硅进行高温下氧气氛中后退火处理,使非晶硅薄膜中形成小颗粒晶粒。

掺Er硅的发光机理的探讨及其应用前景的展望

本文探讨了硅掺入稀土元素Ｅｒ后能发出波长为１５４０ｎｍ的光的机理，对影响其发光特性的温度猝灭现象作了初步分析，最后指出了将其实用化还必须解决的一些问题。

Si／SiGe HBT高频特性的模拟与分析

给出了适用于分析复杂结构ＨＢＴ的电荷传输延迟时间及截止频率的电荷分配模型（ＣＰ）。模拟了Ｓｉ／ＳｉＧｅＨＢＴ的高频特性。模拟结果显示Ｓｉ／ＳｉＧｅＨＢＴ的频率特性较ＳｉＢＪＴ大为改善，而基区及集电结ＳＣＲ区的电荷输运时间将成为提高Ｓｉ／ＳｉＧｅＨＢＴ截止频率的主要制约因素。与实验报道的对比证实了本模型可作为优化器件设计的有效手段。