Correlation between Light Emissions from Amorphous-Si：H/SiO2 and nc-Si/SiO2 Multilayers

We investigate the properties of light emission from amorphous-Si：H/SiO2 and nc-Si/SiO2 multilayers （MLs）. The size dependence of light emission is well exhibited when the a-Si：H sublayer thickness is thinner than 4 nm and the interface states are well passlvated by hydrogen. For the nc-Si/Si02 MLs, the oxygen modified interface states and nanocrystalline silicon play a predominant role in the properties of light emission. It is found that the light emission from nc-Si/SiO2 is in agreement with the model of interface state combining with quantum confinement when the size of nc-Si is smaller than 4 nm. The role of hydrogen and oxygen is discussed in detail.

Si/SiO2界面热阻的分子动力学模拟

随着航空电子器件的尺寸逐渐趋于纳米量级，不同材料之间的界面热传输性质对整体传热性能起着重要的影响。二氧化硅和硅基体组成的界面在电子工业中应用广泛，然而在纳米尺度下其界面热阻还没有被完全认识清楚。纳米电子器件可以在极小的区域上产生很大的热流，导致局部温度的升高，俗称热点。消除热点是下一代纳米电子器件的关键技术所在。因此对微纳米尺度下界面间的热传输性质的全面理解有助于下—代纳米电子器件的发展。本文采用分子动力学的方法对硅，二氧化硅基体之间的界面热阻进行了研究。

Si/SiO_2及Si/SiO_2/Si_3N_4系统的总剂量辐射损伤

从微观氧化物电荷、界面态的感生变化及界面态的能量分布变化的角度,比较并分析了3种采用54HC电路工艺制作的MOS电容样品的总剂量电离辐射损伤退化,结果显示,采用单绝缘栅介质的Si/SiO2系统的双绝缘栅介质的Si/SiO2/Si3N4系统表现出对总剂量辐射损伤的明显特性差异.在抗总剂量电离辐射能量上,双绝缘栅介质结构甚至劣于常规非加固工艺的单介质Si/SiO2系统结构.同时,对辐射感生界面态的能量分布随辐照总剂量的变化进行了分析,发现试验的3种样品都存在一类深能级界面态,位于中带以上约80meV的位置,该类界面态随辐照剂量的增加最明显.

第一性原理研究厚度和空位缺陷对Si/SiO_2界面电子结构与光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似(LDA)下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si/Si O2界面电子结构及光学性质的影响.电子结构计算结果表明:在0.815~2.580nm的Si层厚度范围内,Si/Si O2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si/Si O2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加.光学性质计算结果表明:随着Si纳米层厚度的减小,Si/Si O2界面吸收系数产生了蓝移;O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加.可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si/Si O2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si/Si O2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据.

Si/SiO_2和SiN_x/SiO_2多层膜的室温光致发光

采用射频磁控溅射法,制备了纳米Si/SiO2和SiNx/SiO2多层膜,得到强的可见光致发光,利用傅里叶红外吸收(FTIR)谱和光致发光(PL)谱,对其发光特性进行了研究,在374 nm和712 nm左右观察到强发光峰。用量子限制-发光中心(QCLC)模型解释了其可能的发光机制,认为发光可能源自于SiOx界面处的缺陷发光中心。建立了发光的能隙态(EGS)模型,认为440 nm和485 nm的发光源于N-Si-O和Si-O-Si缺陷态能级。

Si/SiO_2超晶格晶化特性影响因素分析

Si/SiO_2超晶格是近年发展起来的一种新的Si基纳米结构,有着广阔的应用前景。该材料结构是通过选择合适的镀膜技术(如热反应蒸发、分子束外延),在衬底表面交替形成Si/SiO_2纳米薄膜,对该结构热处理后形成Si/SiO_2纳米结构。衬底温度、衬底材料、沉积薄膜厚度、应用的退火过程等均会影响超晶格中纳米Si的形成。具体分析了上述因素对形成纳米Si的影响。

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.

Si/SiO_2多层膜的I-V特性研究

用射频磁控溅射法制备了Si/SiO2多层膜,并对多层膜的I-V特性实验结果进行了拟合.分析表明,Si/SiO2多层膜的I-V特性由多种因素决定,单一的电流输运模型不能控制Si/SiO2多层膜的I-V特性,多层膜结构及氧化硅层的厚度是影响薄膜I-V特性的主要因素.

热蒸发多孔Si/SiO_2薄膜的光致发光特性研究

本工作采用热蒸发法制备了多孔Si/SiO_2薄膜,利用拉曼、红外、XRD研究了薄膜的结构,SEM研究了表面形貌,使用光致发光(PL)谱对其发光特性进行了研究。结果表明,激发波长为325nm(2.88eV)时,样品的峰位分别在430nm(2.88eV)、441nm(2.81eV)、523nm(2.47eV)、554nm(2.24eV),激发波长为488nm时,峰位在570nm(2.18eV),采用施主态Si悬挂键≡Si 0位于2.81eV,受主态Si悬挂键≡Si-位于3.00eV处,引入SiOx(x小于2)和Si-O-Si缺陷态能级,能级分别为5.05eV和0.63eV,建立了Si/SiO_2薄膜的能隙态(EGS)模型,并讨论了其发光机制。

键合Si／SiO_2／Si结构的C－V特征

本文研究了理想Ｓｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ结构的电容－电压（Ｃ－Ｖ）特征，提出了根据Ｓｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ的Ｃ－Ｖ特征测量ＳｉＯ２厚度、衬底掺杂浓度和固定电荷的方法，并对键合样品进行了实验．

nc-Si/SiO_2球形量子点的三阶极化率

在有效质量近似下,采用无限深势阱,理论计算nc-Si/SiO2球形量子点导带中的电子束缚态,并利用紧束缚密度矩阵理论,推导出共振三阶极化率的表达式.通过数值模拟,分析讨论nc-Si/SiO2球形量子点的三阶极化率与量子点半径、入射光子的能量和弛豫相的关系.结果表明,在强受限中,三阶极化率与量子点半径、入射光子能量和弛豫相有着显著的关系.随着量子点半径的增大、入射光子能量的增大和弛豫相的减小,三阶极化率都有不同程度的增强.

液相外延技术制备极低缺陷密度Si/SiO_2SOI结构

介绍了液相外延技术制备Ｓｉ／ＳｉＯ２ＳＯＩ结构的方法、系统和几个重要环节及当前发展状况，同时指出液相外延技术对制备极低缺陷密度ＳＯＩ结构具有广阔前景。

nc-Si/SiO_2复合膜的非线性光学性质

采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术,制备a-SiOx∶H(0<x<2)薄膜,经高温退火形成纳米硅晶粒(nc-Si)埋入SiO2基质的复合膜nc-Si/SiO2.采用简并四波混频技术(DFWM),研究nc-Si/SiO2复合膜的非线性光学性质,观察到这种纳米薄膜材料的位相共轭信号,测得样品在光波波长在589 nm处的三阶非线性极化率为X(3)=5.6×10-6esu,并分析其光学非线性增强机理.

Si/SiO_2/p-Si结构的电学特性

用射频磁控溅射法在p-Si衬底上制备了Si/SiO2薄膜,利用Au/(Si/SiO2)/p-Si结构的I-V特性曲线对其电学特性进行了分析。结果表明,样品具有很好的整流作用,起整流作用的势垒存在于(Si/SiO2)/p-Si界面附近。

掺杂Si/SiO_2界面电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在局域密度近似(LDA)下研究了B掺杂Si/SiO_2界面及其在压强作用下的电子结构和光学性质.能带的计算结果表明:掺杂前后Si/SiO_2界面均属于直隙半导体材料,但掺B后界面带隙由0. 74 eV减小为0. 57 eV,说明掺B使材料的金属性增强;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,发现随着压强不断增大,Si/SiO_2界面的带隙呈现了逐渐减小的趋势,并且由直隙逐渐转变为间隙.光学性质的计算结果表明:掺B对Si/SiO_2界面在低能区(即红外区)的介电函数虚部、吸收系数、折射率以及反射率等光学参数有显著影响,且在红外区出现新的吸收峰;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,随着压强增大,红外区的吸收峰逐渐消失,而在紫外区出现了吸收峰.上述结果表明,对Si/SiO_2界面掺B及施加正压强均可调控Si/SiO_2界面的电子结构与光学性质.本文的研究为基于Si/SiO_2界面的光电器件研究与设计提供一定的理论参考.

化学生成的Si/SiO_2系统在超高真空中的退火研究

用AES详细观测了化学生成Si/S_1O_2系统在超高真空(UHV)中的退火变化.并对收录的俄歇直接谱进行了快速傅里叶变换(FET)退自卷积处理,得到了Si态密度退火前后的变化情况.最后,对退火效应进行了分析和讨论.

抗辐射加固与非加固工艺制备Si/SiO_2电离辐照的XPS深度剖析

采用氩离子刻蚀XPS分析方法对抗辐射加固与非加固工艺制备的Si/SiO_2系统进行电离辐照深度剖析。实验结果表明:在辐照剂量及偏置电场相同条件下辐照,非加固样品的界面区比加固样品界面区宽;同一工艺生长的SiO_2,衬底杂质浓度低的样品其界面区窄于衬底杂质浓度高的样品;辐照样品的Si过渡态密度最高位滞后于未辐照样品的;同时,加固样品Si过渡态及剩余氧的密度最高位出现慢于非加固样品的;衬底杂质浓度高的样品其Si过渡态及剩余氧的密度最高位的出现快于衬底杂质浓度低的样品的;此外含剩余氧的过渡层要比含Si过渡态的过渡层薄。最后根据实验结果,对Si/SiO_2三层模型进行了修正。

Si／SiNx／SiO2多层膜的光致发光

采用射频磁控溅射法,制备了具有强光致可见发光的纳米Si/SiNx/SiO2多层膜,利用傅立叶红外吸收(FTIR)谱,光致发光(PL)谱对其进行了研究。用260nm光激发得到的PL谱中观察到高强度的392nm(3.2eV)和670nm(1.9eV)光致发光峰,分析认为它们分别来自于缺陷态≡Si-到价带顶和从导带底到缺陷态≡Si-的辐射跃迁而产生的光致激发辐射复合发光。PL谱中只有370nm(3.4eV)处发光峰的峰位会受退火温度的影响,结合FTIR谱认为370nm发光与低价氧化物—SiOx(x<2.0)结合体有密不可分的关系。当SiO2层的厚度增大时,发光强度有所增强,800℃退火后出现最强发光,认为具有较大SiO2层厚度的Si/SiNx/SiO2结构多层膜更有利于退火后形成Si—N网络,能够得到更高效的光致发光。用量子限制-发光中心(QCLC)模型解释了可能的发光机制,并建立了发光的能隙态(EGS)模型。

无压烧结制备Si_3N_4／SiO_2复合材料

以无压烧结工艺制备了Si3N4／SiO2复合材料．实验结果表明:Si3N4颗粒对石英基体的析晶起到了抑制作用和增韧补强作用．Si3N4含量为5vol％的样品在1370℃烧结2h后,抗弯强度达到96．2MPa,断裂韧性为2．4MPa·m1／2,介电常数和介电损耗分别在3．63-3．68和1．29-1．75×10-3之间．

Ga在SiO_2-Si复合结构中的热分布研究

用 H2 和 Ga_2O_3的高温反应形成元素 Ga 的恒定表面源,通过 SiO_2-Si 复合结构实现了 Ga 在 Si 中的高均匀性掺杂;利用二次离子质谱分析(SIMS)、扩展电阻(SRP)、四探针测试等方法,对 P 型杂质 Ga 在 SiO_2薄膜、SiO_2-Si 两固相接触的内界面、近 Si 表面的热分布进行分析;揭示出开管方式扩散 Ga 的实质是由 SiO_2薄膜对 Ga 原子的快速输运及其在 SiO_2-Si 内界面分凝效应两者统一的必然结果;并对该过程 Ga 杂质浓度分布机理进行了分析和讨论。