硅锗薄膜上低维结构及PL光谱研究

论文摘要

本文用强激光直接辐照和弱激光辐照辅助电化学刻蚀方法在硅锗合金薄膜上形成多种低维量子结构。本文围绕着两个方面进行研究:一是探讨不同的实验条件,对形成低维量子结构的影响;二是研究了低维量子结构所对应的光致荧光谱,并分析其产生机制。利用SEM技术研究了实验条件与低维量子结构的关系,研究发现:(1)用强激光(功率为75W,波长为1064nm)直接辐照硅锗样品,激光散焦时会在硅锗合金薄膜上形成锗量子点结构。激光聚焦时会在硅锗薄膜上形成小孔结构,并在孔内形成片状结构。(2)用强度较弱的激光(功率为20mW,辐照直径为700um)辐照辐照电化学刻蚀5分钟时,会在硅锗合金薄膜上形成小孔及线状结构;当电化学刻蚀10分钟后,硅锗合金薄膜会沿特定方向裂解;时间增加为15分钟后,硅锗合金薄膜会形成片状结构;当时间增加到30分钟后,我们发现硅锗合金薄膜基本被剥离,在衬底上形成更深的多孔结构。利用荧光光谱仪,将样品的低维纳米结构对应的PL光谱进行了定位表征。我们发现在锗量子点和小孔内的片状结构中有很强的PL光谱,峰位处于700nm～800nm的可见光区域。退火实验发现,其PL光谱随退火时间的不同有很大的变化。在多孔状结构中,在波长为725nm处有很强的光致荧光出现;在片状结构中,在波长为760nm和860nm处有较强的光致荧光出现。在退火实验中,PL光谱的峰位和强度随退火时间的不同而有所改变。我们提出一个量子受限结合纳晶与氧化硅界面态的综合模型来解释低维纳米结构中光致荧光增强效应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 硅锗材料性质
• 1.1 硅锗的基本性质
• 1.1.1 硅锗合金的晶体结构和晶格常数
• 1.1.2 硅锗合金的能带结构
• 1-xGe_x合金层内的应力'>1.1.3 应变Si_1-xGe_x合金层内的应力
• 1.1.4 硅锗合金的光学性质
• 1.1.4.1 Raman光谱
• 1.1.4.2 光致发光谱
• 第二章 实验制备与表征手段
• 2.1 样品制备方法
• 2.1.1 激光辐照方法
• 2.1.2 激光辐照电化学刻蚀技术
• 2.1.3 退火技术
• 2.2 分析测试方法
• 2.2.1 扫描隧穿显微镜
• 2.2.2 扫描电子显微镜
• 2.2.3 微区拉曼/荧光光谱仪
• 第三章 硅锗合金薄膜上的低维结构生成的研究
• 3.1 引言
• 3.2 样品制备
• 3.3 样品低维结构形貌分析
• 3.4 小结
• 第四章 硅锗合金薄膜上低维结构所对应光致荧光的研究
• 4.1 引言
• 4.2 样品的光致荧光光谱的分析
• 4.3 小结
• 第五章 退火对合金薄膜上低维结构所对应光致荧光的影响
• 5.1 实验
• 5.2 实验结果及讨论
• 5.3 小结
• 第六章 硅锗合金薄膜上低维结构的光致荧光谱的物理模型研究
• 6.1 引言
• 6.2 量子受限-纳晶硅氧化物界面态综合模型
• 6.3 小结
• 第七章 硅锗合金上低维结构的受激辐射的研究
• 7.1 硅锗合金上低维结构的受激辐射的研究
• 7.2 硅锗合金上低维结构激光的研究前景展望
• 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录：发表文章以及所参与的课题研究