硅纳米晶薄膜制备与发光性能研究

论文摘要

硅是具有良好半导体特性的材料，是微电子的核心材料之一。可硅材料不是好的发光材料。只有当硅纳米微粒的尺寸小到一定值时，才可在一定波长的光激发下发光。硅纳米晶薄膜发光材料在实现微电子技术向光电子集成技术发展中具有重大意义，因此一直是人们不懈追求的目标。 本文介绍了垂直脉冲激光沉积法这一制备纳米薄膜的新方法。它利用激光穿透一层透明而平整且对激光没有吸收的基底(本文使用的是玻璃片，它对YAG激光器产生的1064nm激光不吸收)而作用在靶材上，使靶材表面熔蚀产生等离子体而沉积在基底上。此外，我们还将产生的玻璃表面的薄膜成功的转移到另一块硅基底上。这样我们得到了三种薄膜：玻璃表面的硅薄膜、硅靶上的薄膜和转移到硅基底上的薄膜。 通过SEM，XRD，TEM和透射显微镜等手段检测这些薄膜的微观结构，发现组成硅薄膜的都直径100nm以下的纳米硅，在不同实验参数下得到的尺寸、厚度和形态会有所不同。通过PL测试了它的荧光性能。经过分析得出：玻璃表面的硅薄膜荧光发射特征峰在以420nm、485nm和535nm为中心的地方；硅靶材上的薄膜发光中心在424nm。而经过膜转移后硅基底上硅纳米晶薄膜的荧光发射中心位于400nm处。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 综述
• 1.1 纳米薄膜材料
• 1.2 纳米薄膜的研究进展
• 1.2.1 发展历史
• 1.2.2 纳米薄膜的特性
• 1.3 硅基发光材料
• 1.3.1 硅在微电子技术中的重要作用
• 1.3.2 硅基发光材料种类和器件
• 1.4 纳米硅发光理论研究
• 1.4.1 纳米硅薄膜发光机理的探索
• 1.4.2 纳米硅的发光机理
• 1.5 硅纳米薄膜的主要制备方法
• 1.5.1 离子注入法
• 1.5.2 等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法
• 1.5.3 自组织生长
• 1.5.4 溶胶-凝胶法（sol-gel）
• 1.5.5 非晶晶化法
• 1.6 脉冲激光沉积法和垂直脉冲激光沉积法在薄膜制备中的应用
• 1.6.1 脉冲激光沉积法的原理及特点
• 1.6.2 垂直脉冲激光沉积法简介
• 1.7 纳米硅的微结构特征研究
• 1.8 研究目的和意义
• 1.9 课题来源
• 第2章 实验部分
• 2.1 主要仪器和试剂
• 2.1.1 主要仪器
• 2.1.2 主要试剂
• 2.2 VPLD在玻璃表面上制备硅纳米晶薄膜的方法及实验装置
• 2.2.1 YAG激光打标机的构成
• 2.2.2 样品的预处理与实验方法
• 2.3 将玻璃表面的硅薄膜转移的实验方法
• 2.4 薄膜的退火方法与装置
• 2.5 膜及硅靶材的物理性能测试
• 2.5.1 X射线衍射谱图的测试
• 2.5.2 扫描电子显微镜的测试
• 2.5.3 透射电子显微镜的测试
• 2.5.4 荧光光谱分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 用垂直脉冲激光沉积技术在玻璃基底上制备硅纳米晶薄膜
• 3.1.1 硅纳米晶薄膜生长机制
• 3.1.2 玻璃基底上硅薄膜的表征
• 3.1.3 玻璃基底上硅薄膜的XRD分析
• 3.1.4 硅纳米晶薄膜的光致发光分析
• 3.2 脉冲激光刻蚀硅靶的研究
• 3.2.1 不同能量脉冲激光对硅靶刻蚀的影响
• 3.2.2 硅靶上纳米晶的XRD分析
• 3.2.3 硅靶上纳米晶的荧光光谱
• 3.3 垂直脉冲激光转移技术在硅基底上制备硅纳米晶薄膜的研究
• 3.3.1 激光能量对硅基底上硅纳米晶薄膜形态的影响
• 3.3.2 硅基底上硅纳米晶薄膜的光致发光
• 3.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 参考文献
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书