论文摘要
本工作利用对靶磁控溅射技术在单晶Si和石英衬底上进行了纳米SiN:H薄膜及a-Si:H/SiN:H的制备。通过傅立叶变换红外吸收光谱、紫外-可见透射光谱、原子力显微镜、电子散射能谱、拉曼光谱以及光致发光谱等多种技术手段,对薄膜的成分、键合结构、形貌、沉积速率以及发光特性等进行了表征和分析。研究了衬底温度、氢气流量实验参量对薄膜的微观结构和光学特性的影响。根据典型SiN:H微结构薄膜的制备条件,设计制备了a-Si:H/SiN:H多层膜结构,并对其微观结构和光学特性之间的关系进行了研究。研究结果表明,调整氢气流量为纳米薄膜结构改善、发光效率提高提供了有效途径。当氢气流量从10 Sccm增加到25 Sccm时,薄膜的有序度逐渐增加,缺陷态密度逐渐减小,PL谱表现为较强的室温发光。随着氢气流量的进一步增加,薄膜的有序度减小,缺陷态密度增加。改变衬底温度可实现具镶嵌结构的Si:H/SiN薄膜沉积,过低和过高的衬底温度都会影响薄膜的沉积状态。AFM结果显示,当温度较高时,样品表面较模糊,粒子出现团簇现象。衬底温度从90度增至250度时,薄膜中键合氢含量逐渐减小,Eu能逐渐增加,表明薄膜的无序度逐渐增大。以SiN:H为势垒层,纳米硅薄膜为势阱层,获得了以纳米非晶硅为特征的纳米硅/SiN:H多层结构薄膜,与单层SiN:H薄膜比较,多层薄膜缺陷态密度增加,光学带隙减小；a-Si:H/SiN:H薄膜的光致发光表现为中心峰位为2.6 eV的带谱发光,荧光激发谱分析证明,该发光主要来自于纳米硅粒子激发,同时氮化硅基质层也有一定贡献。