纳米Si薄膜光学性质和弹性常数的研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理的方法,对厚度为0.54～3.30nm纳米Si薄膜的电子结构、光学性质及弹性常数进行了计算。结果表明,纳米Si薄膜是直接带隙半导体材料;随着纳米Si薄膜厚度的减小,带隙逐渐增大;薄膜的光学吸收边发生蓝移,吸收带出现宽化现象;弹性常数、杨氏模量和泊松比呈现尺寸效应。

沉积位置对脉冲激光沉积纳米Si晶薄膜微观结构的影响

在4.0×10-4Pa的真空条件下,采用脉冲激光烧蚀技术在单晶Si衬底和石英衬底上制备了非晶纳米Si薄膜。在N2气氛下,经过900℃热退火得到纳米Si晶薄膜。采用表面台阶测试仪、扫描电子显微镜、拉曼光谱仪等检测手段对样品不同位置的微观结构进行了表征。测量结果表明制备的纳米Si晶薄膜厚度及其晶粒尺寸分布不均匀,随着测量点与样品沉积中心距离的增加,薄膜的厚度逐渐减小,纳米Si晶粒的尺寸逐渐增大。从脉冲激光烧蚀动力学的角度对实验结果进行了定性的分析。

环境气压对脉冲激光烧蚀沉积纳米Si薄膜表面粗糙度的影响

薄膜表面粗糙度是表征薄膜质量的重要指标 ,为了探求环境气压对脉冲激光烧蚀沉积纳米Si薄膜表面粗糙度的影响 ,采用XeCl脉冲准分子激光器 ,分别在惰性气体氦气和氩气的不同气压环境下烧蚀沉积了纳米Si薄膜 ,用TencorInstrumentsAlpha Step 2 0 0台阶仪对相应薄膜的表面粗糙度进行了测量。结果表明 ,薄膜表面粗糙度开始随着气压的增大而逐渐增加 ,在达到一最大值后便随着气压的增大而减小。由不同气体环境下的结果比较可以看出 ,充氩气所得Si薄膜表面粗糙度比充氦气的小 ,最大粗糙度强烈地依赖于气体种类。对于原子质量较大的氩气而言 ,其最大粗糙度仅比低气压时高出 11% ,而对于原子质量较小的氦气来说 ,其最大粗糙度比低气压时高出314 %。

激光烧蚀制备纳米Si晶粒的激光能量密度阈值

在10Pa的Ar环境气氛下，采用脉冲激光烧蚀方法在玻璃或单晶Si（111）衬底上制备了纳米Si晶薄膜。为了确定能够形成纳米Si晶粒的激光能量密度阈值，在0.40-1.05J／cm^2内实验研究了激光能量密度对纳米Si晶粒形成的影响。扫描电子显微镜（SEM）测量证实，随着激光能量密度的减小，所形成的纳米Si晶粒数目逐渐减少。当激光能量密度低于0.43J／cm^2时，衬底表面不再有纳米Si晶粒形成。从激光烧蚀动力学角度出发，对实验结果进行了定性分析。

反应磁控溅射法制备nc-TiN/a-Si_3N_4薄膜的Young's模量和内耗

利用振簧技术测量了不同退火状态下的nc-TiN/a-Si3N4超硬薄膜的Yong's模量和内耗随温度的变化关系.在280—300℃附近观察到一个弛豫内耗峰.随着退火温度的升高,该内耗峰逐渐减弱,而Young's模量变化不大.750℃退火后,该内耗峰消失,而模量却从未退火时的430 GPa激增至530 GPa.初步认为该内耗峰来源于非稳定界面的弛豫过程.

薄膜结构对Si/SiO_2 I-V特性的影响

用射频磁控溅射法制备了3种结构的Si/SiO2纳米薄膜,测定了薄膜的I-V特性.实验结果分析表明,薄膜结构是影响其I-V特性的主要因素.

基于朗缪尔探针的硅离子空间分布特性及纳米晶粒生长过程研究

在室温、10 Pa氩气环境气体中,采用脉冲激光烧蚀技术,在以烧蚀点为圆心、半径为2 cm的玻璃弧形支架的不同角度处放置衬底,沉积了纳米Si晶薄膜。通过扫描电子显微镜、拉曼散射仪对制备样品的形貌和特性进行分析。结果表明:纳米Si晶粒以羽辉轴线为轴呈对称分布,在轴线处平均尺寸最大,随着衬底同轴线夹角的增加,晶粒尺寸逐渐减小。结合朗缪尔探针对空间不同位置羽辉中Si离子密度和热运动温度分布的诊断情况,从晶粒生长过程的角度对其尺寸随空间位置变化的结果进行了研究,得到了晶粒尺寸正比于烧蚀粒子密度和热运动温度的结论。

Nonlinear Optical Properties of Al-Doped nc-Si-SiO_2 Composite Films

The nonlinear optical properties of Al-doped nc-Si-SiO2 composite films have been investigated using the time-resolved four-wave mixing technique with a femtosecond laser. The off-resonant third-order nonlinear susceptibility is observed to be 1.0 × 10-10 esu at 800nm. The relaxation time of the optical nonlinearity in the films is as short as 60fs. The optical nonlinearity is enhanced due to the quantum confinement of electrons in Si nanocrystals embedded in the SiO2 films. The enhanced optical nonlinearity does not originate from Al dopant because there are no Al clusters in the films.