晶化硅多层膜光致发光的量子尺寸效应

在晶化的α-Si:H/α-SiN_x:H多层膜结构中,当α-Si:H子层厚度L_s≤40A时,我们首次观察到室温下可见光致发光现象。72层多层异质结构是采用计算机控制等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)技术制备的,利用Ar^+激光辐照技术使α-Si:H层获得晶化。由X光衍射谱,喇曼散射谱及剖面透射电子显微技术揭示了晶化硅多层膜样品的结构和结晶特性。我们用量子尺寸效应解释了光致发光峰的光子能量与α-Si:H子层的厚度及结晶完整性之间的关系。

制备发光硅量子晶粒的新方法

本文报道一种能在室温下具有可见光致发光特性的硅(si)量子晶粒的制备方法和光物理特性.利用等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)和激光晶化技术相结合,使非晶态Si:H/SiN_x:H多量子阱(MQWs)中的Si晶化而成为量子晶粒.由剖面透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和Raman测量技术研究了这种镶嵌量子材料的微结构.由光致发光的实验结果表明,当硅晶粒尺寸≤40A时,发光峰位移至2.1eV左右,呈现橙色.这与量子限制模型计算的结果相一致.

自组装膜吸附钯的化学镀前活化研究

提出了一种无需氯化亚锡敏化、基于分子自组装膜(SAMs)吸附钯的活化方法,成功地引发了在氧化铝粉末表面的化学镀铜.用XPS、AES、FTIR研究了钯的吸附机理,认为是由于氯化钯与SAMs上向外突出的氨基形成了化学键,并提出了相应的活化机理.金属化产物经XRD、FTIR、剖面金相显微表征分析与压片电阻率测定,示为金属铜完全包覆氧化铝的复合材料.该活化工艺具有活性引发层厚度薄、寿命长和与基底结合力强等优点,也可应用于其它表面富羟基的基底材料.

a-Si/SiO_2多量子阱材料制备及其晶化和发光

本文研究用等离子体增强化学气相淀积（ＰＥＣＶＤ）方法淀积ＳｉＯ２和非晶硅（ａ－Ｓｉ）时淀积速率和薄膜折射率与淀积条件的关系．选择合适的淀积条件制备了ａ－Ｓｉ／ＳｉＯ２多量子阱结构材料．用激光扫描退火方法使其晶化，当ａ－Ｓｉ和ＳｉＯ２层厚度分别为４ｎｍ和６ｎｍ时，形成了颗粒大小为３．８ｎｍ的硅晶粒．晶化后的样品在１０Ｋ下可以观察到较强的光荧光发射，三个峰值波长分别为８１０、８２５和８４５ｎｍ．

Si／SiNx超晶格材料的非线性光学特性

采用射频磁控反应溅射技术与热退火处理制备了Si/SiNx超晶格材料。利用吸收光谱和X射线衍射对材料进行表征。通过皮秒脉冲激光单光束Z-扫描技术研究了该材料在非共振吸收区的三阶非线性光学特性,实验结果表明,样品的非线性折射率为负值,非线性吸收属于双光子吸收。由实验数据得到材料的三阶非线性极化率实部和虚部分别为1.27×10-7,1.51×10-8esu,该值比体硅材料的三阶非线性极化率值大5个数量级。对材料光学非线性产生的机理进行了探讨,认为材料的非线性极化率的增加来源于材料量子限制效应的增强。

纳米Si/SiO_2多层膜的结构表征及发光特性

采用等离子体化学气相沉积系统生长非晶硅薄膜并用原位等离子体氧化的方法制备出具有不同子层厚度的非晶Si/SiO2多层膜,然后利用限制性晶化原理使非晶硅层晶化生成纳米硅。利用Raman、TEM等手段对薄膜结构进行了系统表征,在室温下观测到了光致发光信号,其发光峰峰位在750nm附近。进而在样品上下表面蒸镀电极,构建了电致发光原型器件并观测到了室温下的电致发光谱,开启电压约为6V,有两个明显的发光带,分别位于在650nm和520nm处。初步探讨了纳米硅及纳米硅/二氧化硅界面态对发光特性的影响。

非晶硅、多晶硅薄膜晶体管与大面积电子学

第18届国际非晶、微晶半导体会议(ICAM-18)于1999年8月22日至27日在美国犹太州盐湖城举行,这是每两年一次的国际非晶态半导体领域中最大的系列学术交流大会。来自38个国家和地区的350余名代表出席了会议。会议收到论文500余篇,录取了305篇,并将全文发表在国际学术榜刊物Journal of Noncrystalline Solids上。

氢等离子体退火对氢化非晶硅结构有序度的影响

室温下利用氢等离子体退火技术对氢化非晶硅 (a_Si:H)薄膜进行处理 ,通过傅立叶红外、光吸收、拉曼光谱 3种测试手段对非晶硅的微结构进行了分析 ,发现不同的退火时间对a_Si:H的微结构影响很大 ,氢等离子体在与薄膜的化学反应过程中主要表现为原子氢 (H0 )与薄膜的反应 .化学势很高的H0 能将Si_Si弱键转变成Si_Si强键 .硅网络结构发生弛豫 ,使结构由无序向有序转变 ,从而能够降低晶化温度与退火时间 .

第19届国际非晶、微晶半导体会议综述

第19届国际非晶、微晶半导体会议(ICAM-19)于2001年8月26～30日在法国尼斯市举行,这是国际非晶态半导体领域中每两年一次的最大的系列学术交流大会,也是该领域科学家在本世纪的第一次聚会。来自40余个国家和地区的350余名代表出席了会议。会议收到论文550余篇,经评审后录用320篇,并将全文发表在国际学术榜刊物Journal ofNocrystalline Solids上。中国有5篇论文被录用,有4名代表参加会议,陈坤基教授担任会议的国际顾问委员会委员。

微晶硅硼薄膜结构的喇曼研究

单晶,多晶,微晶及非晶硅是固态硅材料中几种重要的组建结构.随着非晶硅晶化研究的深入,定量的研究其微观尺度的变化(键角变化△θ,微晶晶粒尺度△d)已日趋必要,而光散射手段为此提供了可能.非晶硅喇曼谱中类TO模的峰位变化(△ω_R)为微晶硅晶粒尺度提供了数据△d～2π(B/△ω_R)^(1/2)(B是材料的结构参数),类TO模峰陡边的半高峰宽,又为每个键的平均畸变能U=3K(r_(b*)△θ)~2提供了一定的信息.文中对与之相关的物理过程亦做了相应的讨论.

nc-Si／SiNx超晶格薄膜实现Nd：YAG激光器调Q和锁模

采用射频磁控反应溅射法制备a-Si/SiNx超晶格薄膜材料,热退火后形成纳米Si晶粒。把nc-Si/SiNx薄膜作为饱和吸收体插入Nd:YAG激光器腔内,在腔长较短时,实现1.06μm激光的被动调Q运转,获得最小脉宽23ns的调Q单脉冲输出,当腔长增加到124cm时,获得平均脉宽35ps的锁模脉冲序列。根据实验现象结合薄膜结构,分析了材料调Q与锁模的产生机制,并研究了不同工作条件下的调Q输出性能。

纳米晶/微晶半导体材料研究引人注目

第17届国际非晶、微晶半导体会议(ICAMS-17)于1997年8月25日至29日在匈牙利首都布达佩斯举行,有来自世界35个国家和地区的380名代表出席。会议收到论文650余篇,录取355篇,将发表在国际学术榜刊物《J.of Noncrystalline Solids》的专刊上。这届会议首次把非晶半导体研究领域扩展到微晶、多晶半导体范畴,内容包括无序系统中的基本物理现象、非晶、纳米晶/微晶薄膜材料制备技术、材料特性和器件应用等方面的10个专题:①薄膜生长动力学和氢的作用;②掺杂和缺陷;③表面、界面和多层膜;④非晶、微晶硅中的输运性质;⑤非晶硅薄膜光电导和光致亚稳特性;⑥光致和电致发光;⑦微晶硅及其合金;⑨非晶碳、类金刚石薄膜和硫硒玻璃;⑨太阳电池、传感器;⑩薄膜晶体管与平板液晶显示。另外组织了题为"激光晶化"和"表面微化学反应"的专题讨论。

人造原子与单电子现象

本世纪中后叶,在量子力学理论和各种现代谱仪技术的推动下,人们在理论和实验上已认识了原子中的电子结构及由大量原子组成的宏观系统中的电子行为.近十年来,半导体超微细加工技术的高度发展已能够制备出大小仅几个纳米的金属微粒或仅包含有几十个电子的半导体微粒,而在这些结构中的电子呈现出既不同于单个原子中的电子也不同于宏观系统中的电子的异常现象.这些人工设计的微结构被称作为量子点或库仑岛,如果配以由隧道结相连接的金属电极也被称为单电子晶体管.

非晶碳化硅材料与光学微腔的制备与发光

利用等离子体化学气相沉积技术在100℃的衬底温度下,制备了具有不同组分比的系列非晶碳化硅薄膜。结合傅里叶变换红外光谱与喇曼光谱对所制备的薄膜微结构进行了表征与分析,同时,对具有不同组分比的非晶碳化硅薄膜室温光致发光性质进行了系统的研究。结果表明在Ar+离子激光和Xe灯紫外光的激发下,不同组分的样品显示出不同的光致发光特性,并对样品的发光特性与其微结构的联系进行了讨论。在此基础上,用碳化硅薄膜设计和制备了全固体光学微腔,研究了微腔对碳化硅发光行为的调制作用。

非晶氮氧化硅薄膜中新发光缺陷态的研究

利用等离子体增强化学气相淀积（PECVD）方法在室温下制备出非晶氮氧化硅（a-SiNxOy）薄膜。通过调节薄膜中的Si/N比例,可使其光致发光峰位在450-600nm的较宽波长范围内连续可调。对比a-SiNx薄膜和aSiNxOy薄膜的发光特性,发现此薄膜发光来源于由氧引入的新发光缺陷态。由光吸收谱的测量结果可以推断出此发光缺陷态在光吸收边之下约0.65eV处的禁带中。并且,通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）测量,证实了这种新发光缺陷态与薄膜中存在的O-Si-N键合结构有关。

快速热退火对a_Si:H/SiO_2多层膜光致发光的影响

采用在等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)系统中沉积a_Si:H和原位等离子体逐层氧化的方法制备a_Si:H/SiO2 多层膜 .用快速热退火对a_Si:H/SiO2 多层膜进行处理 ,制备nc_Si/SiO2 多层膜 ,研究了这种方法对a_Si:H/SiO2 多层膜发光特性的影响 .研究发现对a_Si:H/SiO2 多层膜作快速热退火处理 ,可获得位于绿光和红光两个波段的发光峰 .研究了不同退火条件下发光峰的变化 .通过对样品的TEM、Raman散射谱和红外吸收谱的分析 ,探讨了a_Si:H/SiO2 多层膜在不同退火温度下的光致发光机理 .

二维金纳米微粒有序阵列的制备

对于用十二烷基硫醇包覆的金纳米微粒 ,用Langmuir Blodgett(LB)技术制备了二维金纳米微粒有序阵列 .在单纯的硫醇包覆的金纳米微粒形成的LB膜中 ,由于硫醇分子之间的疏水相互作用 ,容易导致金纳米微粒的自组织而在LB膜中形成缺陷 .为了改善金纳米微粒的成膜性能和提高金纳米微粒阵列的有序性 ,正十二醇作为添加剂和润滑剂加入到金纳米微粒的氯仿溶液中与金纳米微粒一起形成LB膜 .用透射电子显微镜对金纳米微粒的二维阵列进行了表征 .结果表明 ,正十二醇的加入可以有效地减少用LB技术制备的二维金纳米微粒阵列中的缺陷 。

面向21世纪的Si基光子学

Si基光子学是近年来在半导体光电子学和纳米材料科学领域中迅速发展起来的一个新型分支学科，旨在研究各类Si基低维材料的发光特性。各种Si基光子器件的设计与制作，并进而实现用于现代光通信技术的全Si光电子集成电路。预计在未来10年内，随着Si基纳米材料发光效率的提高，器件制备技术的进步和光电子集成工艺的成熟，Si基光子学的研究将出现重大突破性进展，并很有可能引发一场新的信息技术革命。本文着重介绍了用于Si基光电集成的光子学材料、器件与工艺在近3～5年内所取得的研究进展，并预测了它们的未来发展趋势。

无机纳米粒子的二阶光学非线性研究进展

非相干的超瑞利散射(HRS)技术是20世纪90年代发展起来的用于测定分子发色团一阶超极化率β的有效工具。由于它与惯用的相干二次谐波发生(SHG)和电场诱导二次谐波发生(EFISHG)技术相比较,不受样品的尺寸、取向和/或电荷的限制,因此近四五年来被使用来测定无机纳米粒子的一阶超极化率,并取得了一些重要的结果。文章介绍了HRS技术的一般原理、实验装置及数据处理方法。根据目前报导的实验结果,并结合我们的工作,探讨了纳米粒子超瑞利散射的几种可能机制:表面贡献、类体相贡献、聚集体贡献、共振增强的贡献以及粒子表面静电场和溶剂场的贡献,其中特别强调了表面贡献。指出用HRS技术研究纳米粒子二阶光学非线性这一新的领域正逐步吸引越来越多的科学家的兴趣,将成为非线性光学和纳米科学交叉领域的一个热点。