纳米硅镶嵌氮化硅薄膜的制备与光致发光特性

为研究氮化硅薄膜发光材料的制备工艺及其光致发光机制,实验采用射频磁控反应溅射技术与热退火处理制备了纳米硅镶嵌氮化硅薄膜材料.利用红外光谱(IR)、X射线衍射谱(XRD)、能谱(EDS)和光致发光谱(PL),对不同工艺条件下薄膜样品的成分、结构和发光特性进行研究,发现在制备的富硅氮化硅薄膜材料中形成了纳米硅颗粒,并计算出其平均尺寸.在510 nm光激发下,观察到纳米硅发光峰,对样品发光机制进行了讨论,认为其较强的发光起因于缺陷态和纳米硅发光.     

纳米非晶硅薄膜的界面发光特性

采用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP-CVD)技术沉积了不同氢稀释比的富硅氢化非晶氮化硅(a-SiNxH)薄膜,并利用光致发光(PL)和光致发光激发(PLE)谱技术对其发光特性进行了研究.结果显示,所有样品发光均表现为两个带的叠加一个发光带随氢稀释比增大而发生蓝移,另一个发光带则固定在2.9eV左右.前者关联于镶嵌在a-SiNxH基质内非晶纳米硅颗粒的界面发光,后者来源于a-SiNxH基质相关的局域态中电子和空穴对的辐射复合.并结合所沉积薄膜的吸收特性,分析了缺陷态和界面态对薄膜中非晶纳米硅界面发光特性的影响.     

富硅氮化硅薄膜的制备及其发光特性

采用射频磁控反应溅射法制备了氮化硅薄膜.利用X射线衍射谱(XRD)、红外光谱(IR)、能谱(EDS)和光致发光谱(PL),通过与氮气中和空气中退火薄膜比较,对原沉积薄膜进行了成分与结构和发光特性研究.研究发现原沉积薄膜是部分晶化的富硅氮化硅薄膜,薄膜中晶态氮化硅颗粒的平均粒径为33 nm;在氮气中退火后,纳米颗粒增大;在空气中退火后,薄膜被氧化,晶态颗粒消失.在4.67 eV的光激发下,原沉积薄膜中观测到7个强的PL峰,其峰位分别为3.39,3.24,3.05,2.82,2.61,2.37和2.11 eV.在氮气和空气中退火后, PL峰位和强度有变化.对其光致发光机制进行了探讨, 认为硅悬挂键≡Si,氮悬挂键=N,硅错键≡Si-Si≡以及与氧有关的缺陷在富硅氮化硅薄膜高强度荧光发射中起主导作用.     

纳米非晶硅薄膜的界面发光特性

采用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP-CVD)技术沉积了不同氢稀释比的富硅氢化非晶氮化硅(a-SiNx:H)薄膜,并利用光致发光(PL)和光致发光激发(PLE)谱技术对其发光特性进行了研究.结果显示,所有样品发光均表现为两个带的叠加:一个发光带随氢稀释比增大而发生蓝移,另一个发光带则固定在2.9eV左右.前者关联于镶嵌在a-SiNx:H基质内非晶纳米硅颗粒的界面发光,后者来源于a-SiNx:H基质相关的局域态中电子和空穴对的辐射复合.并结合所沉积薄膜的吸收特性,分析了缺陷态和界面态对薄膜中非晶纳米硅界面发光特性的影响.     

富硅量不同的富硅氮化硅薄膜的光致发光研究

采用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)，在低衬底温度下制备了系列富硅量不同的富硅氮化硅薄膜。且所有样品分别经过不同温度的退火。通过X射线光电子能谱(XPS)的测试证实了薄膜中硅团簇的存在。对不同富硅量的氮化硅薄膜做了红外和光致发光的比较研究。由不同富硅量薄膜中硅团簇的尺寸变化对发光峰的影响。得出了发光来源于包埋于氮化硅薄膜中由于量子限制效应而使带隙增大了的硅团簇。     

Au/SiO_2纳米复合膜的形貌及发光特性

采用磁控溅射和退火法在Si(111)衬底上制备Au/SiO2纳米复合薄膜,并在两种实验模式下进行退火处理。模式A:不同的退火温度,退火20min;模式B:退火温度1 000℃,不同的退火时间。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射方法(XRD)和光致发光(PL)等测试手段对退火后的Au/SiO2纳米复合薄膜的表面形貌、微观结构和发光特性进行了分析。SEM结果表明,在模式A情况下,随着温度的增加,Au纳米颗粒的大小先增加后减小,这与XRD测试结果相吻合。PL结果表明,在模式B情况下,随着退火时间的增加,发光峰强度先增加后减小。在325nm波长下激发,440nm的发光峰与Au颗粒的大小和数量有关,而523nm的发光峰与纳米复合膜的结构有关,这与SEM平面图相吻合。实验结果表明,Au/SiO2纳米复合薄膜的表面形貌、微观结构和发光特性与退火温度及退火时间有很强的依赖关系。     

纳米Au增强掺Er3＋铋酸盐玻璃近红外发光特性

研究了掺Er³⁺含Au纳米颗粒铋酸盐玻璃在波 长为980nm的LD抽运下1.53μm波长处的发光 特性。测试得到表征 Au纳米颗粒存在的表面等离子体共振(SPR)峰位于565～586nm波长 之间,透射电镜(TEM)图像中观察到密集分布形状各 异的Au纳米颗粒,尺寸约为5～16nm。研究表明,随着AuCl含量增加 ,1.53μm波长处荧光强度呈现先增强后减弱 的趋势,在AuCl掺杂浓度为0.2wt%时取得最大值,为未掺杂时的4.3倍;荧光增强原因归结于Au纳米颗粒SPR引起的局域场增强以及Au 0→Er³⁺的能量转移,荧光淬灭原因归结于Er³⁺→Au⁰的能量反向转移。     

Au/SiO_2纳米复合薄膜的结构表征及光致发光特性

采用磁控溅射和退火技术制备出Au/SiO2纳米复合薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)对上述纳米复合薄膜进行了结构表征。实验结果表明,纳米复合薄膜的表面上均匀分布着直径在100～300nm的金纳米颗粒。金纳米颗粒的大小随着退火时间的增加而增大。用荧光光谱仪(PL)对薄膜的光致发光特性进行了研究。结果表明,在激发波长为325nm时,分别在525nm和560nm处出现两个发光峰;在激发波长为250nm时,在325nm处出现发光峰,这一发光峰可能与非晶SiO2的结构缺陷有关。     

Ag、Au纳米颗粒的激光表面修饰

通过用Nd：YAG激光（λ=1064nm）对氧化还原法制备的Ag、Au纳米颗粒的修饰,使Ag、Au纳米颗粒的尺寸均匀性得到更好的改善。用透射电子显微镜（TEM）和紫外-可见表面等离于体吸收（SPA）光谱对激光修饰后的Ag、Au纳米颗粒进行了测量和表征,结果表明,这些被修饰过的Ag、Au纳米颗粒由于自身体系发生了改变,可以作为更高效表面增强拉曼光谱（SERS）的增强基底。     

无氨氮化硅薄膜在MEMS硅腐蚀中的应用

研究了等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)生长的无氨氮化硅薄膜作为掩蔽层在MEMS硅腐蚀工艺中的应用。比较了PECVD不同工艺条件(衬底温度和功率)以及不同四甲基氢氧化铵(TMAH)硅腐蚀液温度对无氨氮化硅薄膜硅腐蚀掩蔽效果的影响。通过优化无氨氮化硅薄膜生长条件和硅腐蚀液温度,得到了高质量的氮化硅薄膜,颗粒以及针孔密度较少,0.2μm以上颗粒度小于100,提高了硅腐蚀掩蔽选择比。实验结果显示优化生长条件的氮化硅薄膜(衬底温度350℃,功率30 W),在85℃的TMAH硅腐蚀液中,硅的腐蚀速率为68μm/h,氮化硅薄膜腐蚀速率为33.2 nm/h,硅与氮化硅的腐蚀选择比为2 048,满足MEMS体硅腐蚀工艺对于掩膜特性的要求。     

Optimizing the NIR Fluence Threshold for Nanobubble Generation by Controlled Synthesis of 10–40 nm Hollow Gold Nanoshells

The laser fluence to trigger nanobubbles around hollow gold nanoshells (HGN) with near infrared light is examined through systematic modification of HGN size, localized surface plasmon resonance (LSPR), HGN concentration, and surface coverage. Improved temperature control during silver template synthesis provides monodisperse, silver templates as small as 9 nm. 10 nm HGN with <2 nm shell thickness are prepared from these templates with a range of surface plasmon resonances from 600 to 900 nm. The fluence of picosecond near infrared (NIR) pulses to induce transient vapor nanobubbles decreases with HGN size at a fixed LSPR wavelength, unlike solid gold nanoparticles of similar dimensions that require an increased fluence with decreasing size. Nanobubble generation causes the HGN to melt with a blue shift of the LSPR. The nanobubble threshold fluence increases as the irradiation wavelength moves off the nanoshell LSPR. Surface treatment does not influence the threshold fluence. The threshold fluence increases with decreasing HGN concentration, suggesting that light localization through multiple scattering plays a role. The nanobubble threshold to rupture liposomes is four times smaller for 10 nm than for 40 nm HGN at a given LSPR, allowing us to use HGN size, LSPR, laser wavelength and fluence to control nanobubble generation.     

银纳米颗粒的局域表面等离子体共振传感

采用微波法合成银纳米颗粒,通过化学自组装技术将银纳米颗粒吸附在玻璃基片上,制备了银纳米颗粒的局域表面等离子体传感器。在纯水中,紫外可见光消光谱表明局域表面等离子体共振位于428nm处。随外界折射率增加,共振峰发生红移,其折射率灵敏度达到173±6nm/RIU。在350oC温度下退火处理后,改变银颗粒在基片上的形貌,峰位发生约65nm的红移,灵敏度下降约20%。理论分析表明,银纳米颗粒形状和基底的相互作用影响折射率传感的波长响应和灵敏度特性。     

纳米结构分子吸附引起的表面增强拉曼散射研究

利用模板印刷技术,制备了具有不同局域表面等离子体共振(LSPR)峰的Au纳米空心半球壳结构,并以4-巯基苯胺(4-ATP)为探针分子研究了纳米结构表面吸附分子对表面增强拉曼散射(SERS)强度的影响。结果表明,当纳米结构的LSPR峰位处于激发光波长的短波长或"马鞍型"位置时,SERS强度随吸附分子数的增加而增大;当处于长波长位置时,SERS强度呈现先增大后减小的趋势。利用分子吸附理论和纳米结构表面局域场强度变化,对此现象进行了解释。     

GaP表面粗化对AlGaInP发光二极管光电特性的影响

采用湿法溶液粗化AlGaInP基红光LED表面GaP层 ,并在粗化后的GaP表面沉积ITO,研究了粗化时间对GaP表面形貌的影响,并利用SEM、半导 体 芯片测试机、X射线衍射仪、X射线光电子能谱对LED器件表面形貌、光电特性曲 线、界面晶向、元素特性进行表征,比较了粗化前后的LED亮度和光电特性变 化。测试结果表明:采用HIO₄、I₂、HNO₃系列粗化液在室温、粗化时间为30 S 时,有效增加了光在通过GaP面与ITO界面时的出光角度,使AlGaInP发光二极管 的发光效率提高21.4%,同时引起界面处的缺陷密度升高,费米能级 远离价带,主波长蓝移0.36 nm,正向电压上升0.04 V。     

等离激元共振增强多晶硅薄膜太阳电池性能研究

采用磁控溅射方法,在多晶硅薄膜太阳电池表面沉积了不同粒径大小的Au纳米粒子,利用粒径大小可调控的Au纳米粒子的局域表面等离激元共振增强效应(LSPR),对入射光中的可见光区域实现“光俘获”;采用UV-vis吸收光谱对LSPR进行了研究,结果表明,LSPR能够有效拓展Au纳米粒子的光谱响应范围(400～800 nm),并且,随着Au纳米粒子粒径的增大,LSPR共振吸收峰呈现出明显“红移”;同时,通过SERS表征,证实LSPR能够有效增强Au纳米粒子周围的局域电磁场强度;最后,多晶硅太阳电池的J-V特性曲线表明,当Au纳米粒子溅射时间为50 s时,多晶硅太阳电池光电转换效率(η)最高为14.8％,比未修饰Au纳米粒子的电池η提高了42.3％.     

发光层厚度对基于CdSSe/ZnS量子点LED性能的影响

采用粒径约为10 nm的CdSSe/ZnS量子点层作为发光层,制备了叠层结构的量子点发光器件,研究了量子点层厚度对其薄膜形貌及量子点发光二极管性能的影响.原子力显微镜测试结果表明:量子点层过厚时,量子点颗粒发生团聚,且随着厚度的降低,团聚现象减弱;当量子点层厚度和量子点粒径相当时(约为10 nm),量子点呈单层排列且团聚现象基本消失;而量子点层厚度低于10 nm时,薄膜出现孔洞缺陷.器件的电流-电压-亮度等测试结果表明:量子点发光二极管中量子点层厚度与器件的光电特性密切相关,量子点层厚度为10 nm的器件光电性能最优,具有最低的启亮电压4.2V,最高的亮度446 cd/m2及最高的电流效率0.2 cd/A.这种通过控制旋涂转速改变量子点层厚度的方法操作简单、重复性好,对QD-LED的研究具有一定应用价值.     

CoTe2量子点的制备、结构及光学性质研究（特邀）

近年来,过渡金属碲化物（TMTs）以其独特的晶体结构和优异的物化特性引起了科学界的广泛关注和研究。本文采用超声法制备CoTe₂量子点（QDs）,通过TEM、AFM、EDS、XPS、XRD、FTIR等技术手段对制备的CoTe₂ QDs进行了形貌和结构的表征,同时使用分光光度计(UV-Vis)、光致发光谱(PL)和光致发光激发光谱(PLE)研究了CoTe₂ QDs的光学性质。结果表明,制备得到的CoTe₂ QDs分散性良好、粒径均匀、呈现球形形貌,晶粒的平均直径约为3.1 nm,平均高度约为2.9 nm;CoTe₂ QDs在红外波段存在明显的吸收,吸收值随稀释浓度的增加而降低;当激发光波长和发射光波长依次增加时,PL和PLE峰出现红移,具有明显的Stokes位移效应,表明CoTe₂ QDs的光致发光具有激发波长依赖性;CoTe₂ QDs具有光致多色发光特性,不同激发光波长可发出不同颜色的光;荧光量子产率可达62.6%。CoTe₂ QDs优异的光学特性尤其是在红外波段的吸收和发光特性,表明其在红外探测、激光防护涂层、荧光成像、多色发光和纳米光子器件等研究领域中具有重要的潜在应用价值,有望成为一种新型红外探测材料。     

晶种法可控制备硫普罗宁包覆的大尺寸金纳米颗粒

该实验采用15 nm的金纳米颗粒作为晶种,使用晶种生长法合成尺寸为50 nm和100 nm的金纳米颗粒,通过表面配体交换法得到表面包覆硫普罗宁的大尺寸金纳米颗粒。该法制备过程简单可控,得到的金纳米颗粒尺寸分布较窄,单分散性良好,为金纳米颗粒在其他领域的研究及应用提供了良好的前提条件。     

化学共沉淀法合成YAG:Eu~(3+)红色荧光粉及其光致发光性质

采用化学共沉淀法合成YAG∶Eu3+红色荧光粉,利用XRD、荧光光谱和激光粒度仪等表征荧光粉晶体结构、光致发光、粒径分布等。结果表明,当煅烧温度为1000℃时,荧光粉YAG晶相趋于稳定,无中间相的形成,合成温度比传统高温固相法降低近500℃;随着煅烧温度升高,荧光粉光致发光峰强度增大,但峰值波长并不随煅烧温度升高而发生移动;前驱体中添加表面活性剂PEG后,荧光粉粒径为1.3μm左右,且粒径分布范围窄;助熔剂NaF能够显著提高荧光粉的光致发光强度,但过量则会出现浓度猝灭,其最佳添加量为4%。     

GaN基LED与Si键合技术的研究

采用金属键合技术结合激光剥离技术将GaN基LED从蓝宝石衬底成功转移到Si衬底上。利用X射线光电子谱(XPS)研究不同阻挡层对Au向GaN扩散所起的阻挡作用,确定键合所需的金属过渡层。利用多层金属过渡层,在真空、温度400℃和加压300 N下实现GaN基LED和Si的键合,通过激光剥离技术将蓝宝石衬底从键合结构上剥离下来,形成GaN基LED/金属层/Si结构。用金相显微镜及原子力显微镜(AFM)观察结构的表面形貌,测得表面粗糙度(RMS)为12.1 nm。X射线衍射(XRD)和Raman测试结果表明,衬底转移后,GaN基LED的结构及其晶体质量没有发生明显变化,而且GaN与蓝宝石衬底间的压应力得到了释放,使得Si衬底上GaN基LED的电致发光(EL)波长发生红移现象。