SiC纳米晶薄膜的制备及发光性质

论文题目: SiC纳米晶薄膜的制备及发光性质

论文类型: 硕士论文

论文专业: 凝聚态物理

作者: 李娟

导师: 刘技文

关键词: 纳米晶薄膜,多孔薄膜,磁控溅射,光致发光,时间分辨谱

文献来源: 天津理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文对SiC材料的历史发展进行了回顾,并对SiC的基本特性、制备方法、表征方法、应用前景及面临的问题等进行了详细的综述。详细阐述了溅射原理及其成膜方法,并具体介绍了溅射法在SiC薄膜制备中的应用,其中包括溅射法在制备SiC非晶薄膜、SiC晶体薄膜、SiC纳米晶体薄膜中的应用。采用射频磁控溅射和后退火处理的方法在不同工艺条件下,在单晶Si衬底上成功制备了SiC纳米晶薄膜。并采用红外吸收谱仪(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)对薄膜进行晶化的结构分析。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子谱仪(XPS)分析薄膜的结构、成份。采用荧光分光光度计研究了薄膜的光致发光特性。系统地研究了主要的工艺参数(退火温度、衬底负偏压、射频功率及工作气压)对SiC薄膜的影响。实验结果表明:(1)随着退火温度的降低,样品的晶粒尺寸变小,光致发光峰强度变强,峰位蓝移。纳米晶粒的减小导致了发光强度的增加及峰位的蓝移。(2)在沉积SiC薄膜过程中增大衬底负偏压可以降低SiC形成的活化能,有利于β-SiC的形成,同时可以抑制非晶碳和衬底表面氧化物的形成。衬底负偏压的存在导致SiC薄膜中纳米晶的数量增多、尺寸减小。随着衬底负偏压的增大,发光峰强度变强,峰位蓝移。(3)适当地增大射频功率有利于降低SiC形成的活化能,起到诱导晶态SiC生长的作用。随着功率的增大,发光峰强度变强,峰位不变。表明发光性能得到改善。(4)随着工作气压的减小,样品中的Si-C键的数量增多。发光峰强度更强,发光峰位红移。晶粒尺寸会随着工作气压的减小而增大,从而导致发光峰位的红移。过高的工作气压会造成沉积速率的降低,从而导致SiC薄膜结晶质量的降低,进而造成发光强度的降低。系统阐述了光衰减理论,简要介绍了时间分辨谱测量设备,并采用时间分辨谱研究了SiC纳米晶薄膜的发光机理。时间分辨谱表明SiC薄膜样品发光的衰减时间为纳秒量级,这比体单晶SiC在低温下的衰减时间至少快两个数量级,表现出直接跃迁复合的特征,这是由于SiC纳米晶粒的量子限制效应造成的。利用电化学腐蚀β-SiC膜制备了多孔β-SiC膜,采用FTIR,SEM,XPS分析了它的微观结构,发现样品表面呈多孔结构。并通过PL研究了其光致发光性质和发光机理,在室温下发现较强的蓝光发射,我们认为这是多孔SiC膜的发光峰,是由多孔化后所形成的新的SiC纳米晶粒的量子限制效应引起的。同时我们还发现,随着腐蚀时间的增加,蓝光发射的强度也在增加,并且蓝光峰发生蓝移。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

第一节 引言

第二节 SiC 的历史背景、应用现况及应用前景

第三节 SiC 的基本特性

第四节 SiC 的制备方法及研究现状

第五节 SiC 薄膜的表征方法

第六节 SiC 薄膜面临的问题

第七节 本文研究的主要内容

第二章 溅射技术在制备SiC 薄膜中的应用

第一节 引言

第二节 溅射原理及其成膜方法

第三节 溅射技术在 SiC 薄膜制备中的应用

第四节 本章小结

第三章 工艺参数对 SiC 纳米晶薄膜成份、结构及发光的影响

第一节 引言

第二节 退火温度对SiC 纳米晶薄膜的影响

第三节 衬底负偏压对SiC 纳米晶薄膜的影响

第四节 射频功率对 SiC 纳米晶薄膜的影响

第五节 工作气压对 SiC 纳米晶薄膜的影响

第六节 本章小结

第四章 SiC 纳米晶薄膜的时间分辨谱分析

第一节 引言

第二节 光衰减理论

第三节 时间分辨谱测量设备介绍

第四节 SiC 纳米晶薄膜的时间分辨谱分析

第五节 本章小结

第五章 多孔SiC 的制备及光致发光性质研究

第一节 引言

第二节 多孔SiC 的制备及光致发光性质研究

第三节 本章小结

第六章 全文总结与展望

第一节 全文总结

第二节 下一步应开展的工作与前景展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参与的科研项目

致谢

发布时间: 2007-08-01

参考文献

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• [4].Si图形化衬底研究及其在3C-SiC生长上的应用[D]. 侯凯文.西安理工大学2018
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