应力对纳米晶光电性能影响的研究

论文摘要

镶嵌在母体基体中的纳米晶会受到明显的应力作用。所以探究纳米晶在生长过程中受到的应力在对其光学和电学性能的影响,对未来的技术应用有重要的意义。在本文中,通过二维有限元计算软件ANSYS对纳米晶镶嵌母体材料的中生长过程中由于热膨胀错位产生的应变分布进行模拟分析。本文通过使用脉冲激光沉积技术,制备出几种不同的纳米晶复合薄膜材料,采用拉曼光谱（Raman）、透射电子显微镜（TEM）、光致发光谱（PL）和C-V等检测技术对所沉积和退火后的薄膜表面形貌、微观结构和光电特性进行表征和分析。同时,通过大型有限元计算软件ANSYS10.0的模拟结果,我们发现由于母体材料和纳米晶材料的杨氏模量和泊松比不同,在纳米晶的生长过程中,同种纳米晶在不同母体环境中受到的应力大小和不同纳米晶在相同母体环境中所受的应力大小都是有差异的,这就导致了在纳米晶的生长过程中,在其内部或者界面处会形成一些缺陷来缓冲这种应力。纳米晶受到的应力越大,产生的缺陷越多。PL结果和C-V特性也都表明缺陷对纳米晶的光致发光性能和电存储性能都有直接的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料的物理性质
• 1.2.1 尺寸效应
• 1.2.2 小尺寸效应
• 1.2.3 介电限域效应
• 1.2.4 宏观量子隧道效应
• 1.3 纳米薄膜材料的光学性质
• 1.4 Ge纳米晶复合薄膜的研究现状
• 1.5 锗纳米晶的力学性质及研究现状
• 1.6 镶嵌有 Ge纳米晶复合薄膜的制备方法
• 1.6.1 溅射法（Sputtering）
• 1.6.2 分子束外延（MBE）
• 1.6.3 离子注入法（Ion implantation）
• 1.6.4 化学气相沉积法（CVD）
• 1.6.5 溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
• 1.7 半导体纳米材料几种经典的发光模型
• 1.7.1 量子限域效应—发光中心模型
• 1.7.2 与氧缺陷有关的发光模型
• 1.7.3 界面层中的激子效应发光模型
• 1.7.4 直接跃迁发光模型
• 1.8 本文章的研究思路和主要内容
• 参考文献
• 第二章 脉冲激光沉积技术
• 2.1 脉冲激光沉积技术的发展简史
• 2.2 脉冲激光沉积系统的结构
• 2.3 脉冲激光沉积技术的原理
• 2.4 脉冲激光沉积技术的优点、缺点
• 参考文献
• 第三章 纳米晶的制备和表征技术
• 3.1 纳米晶复合薄膜的制备
• 3.1.1 设备及实验参数
• 3.1.2 衬底
• 3.1.3 靶材
• 3.1.4 样品的处理
• 3.2 本文所用到的表征技术
• 3.2.1 透射电子显微镜（TEM）
• 3.2.2 拉曼光谱
• 3.2.3 光致荧光谱（PL）
• 3.2.4 电存储检测（C-V）
• 参考文献
• 第四章 有限元方法及 ANSYS10.0 软件
• 4.1 有限元方法
• 4.1.1 有限元分析的定义
• 4.1.2 有限元理论的发展
• 4.1.3 有限元分析的一般步骤
• 4.1.4 有限元分析软件
• 4.2 ANSYS 软件
• 4.2.1 ANSYS 软件简介
• 4.2.2 ANSYS 的功能特点
• 4.2.3 ANSYS 的一般分析过程
• 4.3 ANSYS10.0 软件在本文中的作用
• 参考文献
• 第五章 纳米晶在母体材料中的应力场分布
• 5.1 ANSYS10.0 计算模型的建立
• 5.2 纳米晶在母体材料中不同位置的概况
• 5.3 同种纳米晶在不同母体材料中的概况
• 5.4 不同纳米晶在同种母体材料中的概况
• 参考文献
• 第六章 纳米晶复合薄膜的光电特性
• 2O₃复合薄膜光致发光谱'>6.1 Ge/ Al₂O₃复合薄膜光致发光谱
• 2O₃、Ge/ SiO₂光致发光谱'>6.2 Ge/Lu₂O₃、Ge/ SiO₂光致发光谱
• 3/Lu₂O₃光致发光谱'>6.3 LaAlO₃/Lu₂O₃光致发光谱
• 3/Lu₂O₃电存储性能'>6.4 LaAlO₃/Lu₂O₃电存储性能
• 参考文献
• 第七章 结论
• 在硕士期间公开发表论文及著作情况
• 致谢