激光定域晶化技术制备纳米硅的研究

利用相移光栅模板使KrF准分子激光形成强度周期分布的激光束,定域晶化a-Si∶H(4nm)/a-SiNx∶H(10nm)多层膜中的超薄a-Si∶H层,成功地制备出了三维有序分布的nc-Si阵列。原子力显微镜(AFM)、微区喇曼光谱、剖面透射电子显微镜(X-TEM)及高分辨电子显微镜(HREM)技术分析揭示了晶化后薄膜中形成了横向周期与移相光栅周期相同、纵向周期与a-Si∶H/a-SiNx∶H多层膜周期(14nm)相等的nc-Si阵列。     

等离子体氧化nc-Si/SiO_2多层膜的蓝光发射

报道了在等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)系统中用交替淀积 a-Si对其进行原位等离子体氧化的方法制备了 a-Si∶H/ Si O2 多层膜。随着 a-Si∶H子层的厚度从 3 .8nm减小到 1 .5 nm,a-Si∶H/ Si O2 多层膜的光吸收边和光致发光 (PL )出现了蓝移。在晶化的 a-Si∶ H/ Si O2 多层膜中不仅观察到室温下的红光带 (80 0nm)的发光峰 ,而且还观察到蓝光发射 (4 2 5 nm) ,结合 Raman,TEM和 PL测试 ,对其原因作了简单的分析     

半导体薄膜实现Nd∶YVO4 1064nm和1342nm双波长激光被动调Q

采用射频磁控溅射和热退火处理技术制备SiNx/Si/SiNx多层薄膜,测试了纳米硅晶粒平均尺寸、光学带隙和薄膜对1064nm激光的非线性吸收系数。建立SiNx/Si/SiNx多层薄膜被动调Q的Nd∶YVO4双波长激光器速率方程,得到双波长调Q脉冲的数值模拟结果。在激光二极管(LD)端面抽运的三镜复合腔Nd∶YVO4激光器中,SiNx/Si/SiNx多层薄膜作为可饱和吸收体同时实现了双波长激光被动调Q,获得20ns的1064nm激光脉冲和19ns的1342nm激光脉冲输出。研究表明,薄膜对1064nm和对1342nm的双光子饱和吸收是双波长激光被动调Q的直接原因;激光器两个支腔输出损耗的差别和薄膜对两个波长的非线性吸收系数的相对值影响了双波长脉冲的宽度和时间间隔。     

μc-Si∶H/a-Si∶H多层膜的周期性结构和量子尺寸效应

利用射频辉光放电法 ,通过周期性交替切换两种耦合电极的方式 ,制备了 μc- Si∶ H/a- Si∶ H多层膜 .低角度X射线衍射 (L AXRD)测试表明 ,这种多层膜具有良好的周期性结构 .观察了上述多层膜的光学性质及电导率与温度的关系 ,发现其吸收边随着 a- Si∶ H层的减薄而蓝移 ,低温下的电导激活能 Ea 随着 a- Si∶ H层的减薄而减小 .     

无定形硅氢靶摄象管

氢化非晶硅(a—Si∶H)因基隙态密度低,能实现可控掺杂,在可见光区具有高的光吸收系数。因此,在低成本太阳电池、薄膜晶体管及成象器件中有着良好的应用前景。本文报导采用辉光放电法(GD法)沉积a—Si∶H层作为光导层,用a—SiNx∶H及Sb_2S_3层作为阻挡层结构的摄象管。灵敏度达到0.5lx白光光照下O.15μA,分辨率为600TVL,暗电流为10nA,惰性还有待进一步改善。     

半导体薄膜实现Nd:YVO4 1064 nm和1342 nm双波长激光被动调Q

采用射频磁控溅射和热退火处理技术制备SiNx/Si/SiNx多层薄膜,测试了纳米硅晶粒平均尺寸、光学带隙和薄膜对1064 nm激光的非线性吸收系数。建立SiNx/Si/SiNx多层薄膜被动调Q的Nd:YVO4双波长激光器速率方程,得到双波长调Q脉冲的数值模拟结果。在激光二极管(LD)端面抽运的三镜复合腔Nd:YVO4激光器中,SiNx/Si/SiNx多层薄膜作为可饱和吸收体同时实现了双波长激光被动调Q,获得20 ns的1064 nm激光脉冲和19 ns的1342 nm激光脉冲输出。研究表明,薄膜对1064 nm和对1342 nm的双光子饱和吸收是双波长激光被动调Q的直接原因;激光器两个支腔输出损耗的差别和薄膜对两个波长的非线性吸收系数的相对值影响了双波长脉冲的宽度和时间间隔。     

a—SiNx：H薄膜对a—Si：H TFT阈值电压的影响

介绍了测定a－Si：HTFT闽值电压的实验方法。重点研究了改变a－SiNx：H薄膜淀积时反应气体NH3／SiH4流速比以及a－SiNx:H膜厚对a－Si：HTFT阈值电压的影响。对实验结果进行了分析。实验结果表明：a－Si:HTFT的阈值电压随a－SiNx：H的膜厚增加而增大；增大X－SiNx：H薄膜淀积时NH3／SiH4气体流速比，可明显减小a-Si:HTFT的阈值电压。     

掺杂nc-Si∶H膜的电导特性

采用常规 PECVD工艺 ,以高纯 H2 稀释的 Si H4 作为反应气体源 ,以 PH3作为 P原子的掺杂剂 ,在 P型 ( 1 0 0 )单晶硅 ( c- Si)衬底上 ,成功地生长了掺 P的纳米硅膜 ( nc- Si( P)∶ H)膜 .通过对膜层结构的 Raman谱分析和高分辨率电子显微镜 ( HREM)观测指出 :与本征 nc- Si∶H膜相比 ,nc- Si( P)∶ H膜中的 Si微晶粒尺寸更小 (～ 3nm) ,其排布更有秩序 ,呈现出类自组织生长的一些特点 .膜层电学特性的研究证实 ,nc- Si( P)∶ H膜具有比本征 nc- Si∶ H膜约高两个数量级的电导率 ,其 σ值可高达 1 0 - 1～ 1 0 - 1Ω- 1· cm- 1.这种高电导率来源于 nc-     

W/C.Mo/Si,W/si,Pt/si多层膜热稳定性的电镜研究

本文利用横截面电镜试样方法研究了W/C、Mo/Si、W/Si、Pt/Si四种多层膜的热稳定性。它们均生长在Si(100)衬底上,其周期数分别为125,65,288,35。透射电镜实验在H—800上进行。W/C多层膜有未退火,500℃,800℃退火0.5hr的样品,Mo/Si多层膜有未退火和500℃退火0.5hr的样品,W/Si多层膜有未退火和400℃退火0.5hr的样品,Pt/Si多层膜有未退火的样品。退火的真空度优于3×10~(-5)托。典型的衍射花样和明场像如图所示,根据衬未退火、W/Si多层膜的衍射花样及BF像。底单晶Si的衍射斑作内标可以精确地测定多层膜的周期,发现不同退火温度后其多层膜的周期不同。400℃退火后的W/     

SiC/nc-Si多层薄膜的光致可见发光谱的紧束缚理论

用Vogl提出的sp3s紧束缚模型来研究碳化硅/纳米硅（SiC/nc-Si）多层薄膜的能带结构与其光致发光谱的关系，并设计出SiC/nc-Si多层薄膜最佳结构为{Si}1{SiC}8，即碳化硅层的厚度是纳米硅层厚度的8倍时的超晶格结构蓝光发射的效率最高. 在等离子体增强化学气相沉积系统中,通过控制进入反应室的气体种类逐层沉积含氢非晶SiCx∶H(a-SiCx∶H)和非晶Si∶H (a-Si∶H) 薄膜,然后经过高温热退火处理,成功制备出了晶化纳米SiC/nc-Si(多晶SiC和纳米Si)多层薄膜. 利用截面透射电子显微镜技术分析了a-SiCx∶H/nc-Si∶H多层薄膜的结构特性,表明制得的超晶格结构稍微偏离设计，它的结构为{Si}1{SiC}5. 最后对晶化样品的光致发光谱进行研究，详细分析了各个光致发光峰的物理本质.     

纳米硅二极管的独特性能

摘要:使用PECVD薄膜淀积技术制成的纳米硅薄膜(nc-Si∶H)具有优异的性能。把纳米硅薄膜淀积在异型的单晶硅衬底上,制成了nc-Si/c-Si异质结二极管。研制成的纳米硅二极管具有许多优于传统硅二极管的独特性能。     

Size Control of Nanoscale Silicon Particles Formed in Thermally Annealed A-Si∶H Films and Its Photoluminescence

A method to control the si ze of nanoscale silicon grown in thermally annealed hydrogenated amorphous silico n (a-Si∶H) films is reported. Using the characterizing techniques of micro-Ra man scattering, X-ray diffraction and computer simulation, it is found that the sizes of the formed silicon particles change with the temperature rising rate i n thermally annealing the a-Si∶H films. When the a-Si∶H films have been anne aled with high rising rate( ~100 ℃/s), the sizes of nanoscale silicon particle s are in the range of 1.6~15 nm. On the other hand, if the a-Si∶H films have been annealed with low temperature rising rate(~1 ℃/s), the sizes of nanoscale silicon particles are in the range of 23~46 nm. Based on the theory of crystal nucleation and growth, the effect of temperature rising rate on the sizes of th e formed silicon particles is discussed. Under high power laser irradiation, in situ nanocrystallization and subsequent nc-Si clusters are small enough for vis ible light emission, authors have not detected any visible photoluminescence(PL) from these nc-Si clusters before surface passivation. After electrochemical ox idization in hydrofluoric acid, however, intense red PL has been detected. Cycli c hydrofluoric oxidization and air exposure can cause subsequent blue shift in t he red emission. The importance of surface passivation and quantum confinement i n the visible emissions has been discussed.     

单晶纳米硅薄膜的制备及其场发射特性

用小电流、特殊配比溶液的电化学阳极腐蚀法在p型、〈100〉晶向、0.01Ω·cm电阻率的硅片制备了大面积纳米硅薄膜.通过SEM,TEM,XRD和Raman光谱技术分析薄膜颗粒的微细结构.实验结果表明该纳米硅薄膜由直径为10～20nm,晶向一致的颗粒紧密排列而成,具有很好的物理化学稳定性.系统研究了薄膜结构特征和溶液配比、腐蚀时间、腐蚀电流密度的关系.成功观察到该薄膜具有很好的场发射特性,在0.1μA/cm2电流密度下,其开启电场为3V/μm,接近碳纳米管的1.1V/μm.     

nc-Si∶H薄膜的三阶非线性光学性质

用简并四波混频技术 (DFWM)研究了nc Si∶H薄膜的三阶非线性光学性质 ,观察到了这种纳米薄膜材料的位相共轭信号 ,测得晶态比为XC1 =15 %和XC2 =30 % 的二个样品在光波波长为 5 89nm处的三阶非线性极化率分别为 χ1(3 ) =3 8× 10 - 6 esu和 χ2(3 ) =4 3× 10 - 7esu ,并对其光学非线性产生机理作了探讨     

Structural and optical characterization of InP/GalnP islands grown by solid-source MBE

We report on the growth of InP/GalnP islands on GaAs substrates by solidsource molecular beam epitaxy. It is shown by reflection high energy electron diffraction and atomic force microscopy that a rapid change from a twodimensional to a three-dimensional growth mode occurs at about nominally 1.5 monolayers (MLs) InP. Transmission electron microscopy measurements demonstrate the coherent incorporation of InP islands in an GalnP matrix for nominally 2.5 MLs InP. The energy of the InP photoluminescence (PL) shifts to lower energies (100 meV) when the growth interruption time between the island and cap layer growth is increased from 1 to 300 s in case of nominally 3 MLs InP. Simultaneously, an increase of the PL linewidth is observed from 30 to 60 meV. Room temperature photoreflectance measurements on samples with various InP thickness have been performed. Compared to PL measurements, an additional feature in the photoreflectance spectra is observed for samples with more than 7 MLs InP, which is attributed to a transition between excited electron and hole states of the islands.     

利用等离子增强化学汽相沉积生长初期快速结晶的纳米晶硅

成功地利用传统的等离子增强化学汽相沉积技术制备了纳米晶硅。为了提高生长初期的结晶速度,在PECVD设备和干法刻蚀设备中,利用H2/SF6等离子体对Si Nx薄膜表面进行处理。在制备纳米/微米晶粒结晶硅时常用的氢气稀释条件下,沉积得到了纳米晶硅。利用XRD和TEM观察了氢化纳米晶硅(nc-Si∶H)的微结构,发现实验成功得到了小于10 nm的晶体硅。为了检测结构和电学特性,测试了纳米晶硅薄膜的亮态和暗态电导率。室温下,电导率从非晶硅的10-10S/cm增加到10-5S/cm。     

Investigation of structure and properties of nanocrystalline silicon on various buffer layers

A comparative study of deposition nanocrystalline silicon (nc-Si) on various buffer layers is investigated. The nc-Si films were deposited in a hot-wire chemical vapor deposition (CVD) system. Through Hall measurement, scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscope (AFM), Raman, and x-ray diffraction (XRD) analyses, it was found that the columnar grain (CG) size, mobility, and volume fraction of crystalline-deposited nc-Si films increase with an increase of the buffer layers’ surface roughness. The nc-Si film deposited on the nc-Si buffer layer possesses the highest Xc (volume fraction of crystalline) of 84.32%, Hall mobility of 45.9 (cm²/V s), and CG size of 200–220 nm, and it shows the strongest intensity of the XRD diffraction peak in (111).     

镶嵌在超薄SiO_2层中的纳米硅的库仑阻塞现象

采用等离子体氧化和逐层 (layer by layer)生长技术在等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)系统中原位制备了 Si O2 /nc- Si/Si O2 的双势垒纳米结构 ,从 nc- Si薄膜的喇曼谱中观察到结晶峰 ,估算出该薄膜的晶化成分和平均晶粒尺寸分别约为 6 5 %和 6 nm.通过对该纳米结构的电容 -电压 (C- V)测量 ,研究了载流子的隧穿和库仑阻塞特性 .在不同测试频率的 C- V谱中观测到了由于载流子隧穿引起的最大电容值抬升现象 .通过低温低频 C- V谱 ,计算出该结构中 nc- Si的库仑荷电能为 5 7me V.     

微腔中nc-Si/SiN超晶格的光致发光

研究了一维光子晶体微腔结构对nc-Si/a-SiNz超晶格发射的调制.一维光子晶体微腔采用两种具有不同折射率的非化学组分非晶氮化硅的周期调制结构,腔中嵌入采用激光晶化方法制备的硅量子点阵列,从Raman谱和透射电子显微镜分析得到其尺寸约为3～4 nm.从光致发光谱上观察到明显的选模作用、明显变窄的发光峰以及约两个量级的发光强度的增强.微腔对硅量子点阵列发光的调制主要表现在两个方面:共振模式的增强和非共振模式的抑制.硅量子点中位于腔共振模式的辐射跃迁被增强,非共振模式的辐射跃迁被抑制,因此位于腔共振频率处的跃迁通道成为硅量子点中唯一的辐射跃迁通道,导致光致发光谱的窄化和强度的增强.因此,在提高硅材料发光效率方面,光子晶体微腔具有非常大的应用前景.