SiOx:Er薄膜材料光致发光特性的研究

采用射频磁控反应溅射技术,以Er2O3和Si为靶材,制备了SiOx:Er薄膜材料,在不同温度和不同时间下进行退火处理,室温下测量了样品的光致发光(PL)谱,观察到Er3+在1 530,1 542和1 555 nm处波长的发光,发现退火能明显增强Er3+的发光.研究了退火温度和时间对SiOx:Er薄膜光致发光的影响,发现Er2O3与Si面积比为1∶1时,1 100℃下20 min退火为样品的最佳退火条件.采用XRD和材料光吸收测试对样品结构和光学性质进行了研究,得到样品中Si晶粒大小为1.6 nm,样品的光学带隙为1.56 eV.对3种不同Er2O3与Si面积比的SiOx:Er薄膜材料进行研究,得到Er2O3与Si面积比为1∶3为样品的最佳配比,对薄膜材料发光现象进行了探讨.     

a-SiN_xO_y∶Er~(3+)薄膜的光致发光

采用射频 (RF)反应共溅射法制备了 a- Si Ox Ny∶ Er3+薄膜 ,在不同温度下进行退火处理 ,并测量了样品的可见及红外发光 PL谱 ,观察到 Er3+ 在 5 5 0 nm、5 2 5 nm和 15 32 nm的发光以及基质在 6 2 0 nm和 72 0 nm的发光 .发现退火能明显增强 Er3+ 的发光且对可见和红外发光的影响不同 ,讨论了退火明显增强 Er3+ 发光及退火对可见和红外发光影响不同的机理 .测量了 Er3+ 可见发光的变温 PL谱 ,讨论了退火对 Er3+ 不同能级辐射跃迁几率的影响 .根据基质发光随退火温度的变化 ,分析了基质发光峰的起源     

掺铒Al_2O_3/Si多层薄膜中纳米晶Si的形成和敏化效应

采用脉冲激光沉积制备了掺铒Al2O3/Si多层薄膜,在淀积过程中脉冲激光溅射产生的高能量Er原子渗透进入非晶硅层,并引入了额外的应力,在低退火温度下诱导形成纳米晶Si。利用纳米晶Si作为敏化剂有效地增强了Er3+在Al2O3中的光致发光。样品微观结构和发光强度的关系表明,获得高密度和小尺寸的纳米晶Si和Er3+处于良好的发光环境是实现优化发光的关键,最优化的Er3+发光强度在退火温度为600℃的条件下得到。     

a-SiNxOy∶Er3+薄膜的光致发光

采用射频(RF)反应共溅射法制备了a-SiOxNy∶Er3+薄膜,在不同温度下进行退火处理,并测量了样品的可见及红外发光PL谱,观察到Er3+在550nm、525nm和1532nm的发光以及基质在620nm和720nm的发光.发现退火能明显增强Er3+的发光且对可见和红外发光的影响不同,讨论了退火明显增强Er3+发光及退火对可见和红外发光影响不同的机理.测量了Er3+可见发光的变温PL谱,讨论了退火对Er3+不同能级辐射跃迁几率的影响.根据基质发光随退火温度的变化,分析了基质发光峰的起源.     

注铒a-SiOx∶H中Er3+发光与薄膜微观结构的关系

采用光致发光(PL)谱和傅里叶变换红外(FTIR)谱研究了掺铒a-SiOx∶H(a-SiOx∶H〈Er〉)薄膜在不同退火温度下光学性质和微观结构的变化.PL谱的测量结果表明:薄膜在1.54μm的Er3+发光和750nm处的可见发光随退火温度有相同的变化趋势,这种变化和薄膜在退火过程中微观结构的变化有着密切关系.FTIR谱的分析表明:a-SiOx∶H薄膜是一种两相结构,富硅相镶嵌在富氧相中.两者的成分可近似用a-SiOx≈0.3∶H和a-SiOx≈1.5∶H表示,前者性质接近于氢化非晶硅(a-Si∶H),后者性质接近于a-SiO2.富硅相在退火中的变化对Er3+的发光强度有重要影响.     

SiO_2:Er和Si_xO_2:Er薄膜室温Er~(3+)1.54μm波长的电致发光

在 n+ -Si衬底上用磁控溅射淀积掺 Er氧化硅 (Si O2 :Er)薄膜和掺 Er富硅氧化硅 (Six O2 :Er,x>1 )薄膜 ,薄膜经适当温度退火后 ,蒸上电极 ,形成发光二极管 (LED)。室温下在大于 4V反偏电压下发射了来自 Er3+的 1 .5 4μm波长的红外光。测量了由 Si O2 :Er/n+ -Si样品和 Six O2 :Er/n+ -Si样品分别制成的两种 LED,其 Er3+1 .5 4μm波长的电致发光峰强度 ,后者明显比前者强。还发现电致发光强度与 Si O2 :Er/n+ -Si样品和 Six O2 :Er/n+ -Si样品的退火温度有一定依赖关系     

掺Er Al2O3光波导薄膜材料的制备及光学特性

介绍了掺ErAl2O3光波导薄膜的四种典型制备方法的研究结果。比较铒的发光环境和发光特性,分析了影响光致发光强度和寿命的条件和因素。不同工艺制得的Er∶Al2O3薄膜,膜内成分、膜的晶相、掺杂浓度等对Er3 的发光特性均有影响。退火对发光特性及材料具有改善作用。     

注铒a-SiOx∶H中Er3+发光与薄膜微观结构的关系

采用光致发光(PL)谱和傅里叶变换红外(FTIR)谱研究了掺铒a-SiOx∶H(a-SiOx∶H〈Er〉)薄膜在不同退火温度下光学性质和微观结构的变化.PL谱的测量结果表明:薄膜在1.54μm的Er3+发光和750nm处的可见发光随退火温度有相同的变化趋势,这种变化和薄膜在退火过程中微观结构的变化有着密切关系.FTIR谱的分析表明:a-SiOx∶H薄膜是一种两相结构,富硅相镶嵌在富氧相中.两者的成分可近似用a-SiOx≈0.3∶H和a-SiOx≈1.5∶H表示,前者性质接近于氢化非晶硅(a-Si∶H),后者性质接近于a-SiO2.富硅相在退火中的变化对Er3+的发光强度有重要影响.     

溶胶-凝胶法制备掺Er3+:Al2O3/SiO2/Si光波导薄膜

采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法在热氧化的SiO2/Si(100)基片上提拉法制备掺EP:A12O3光学薄膜.采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(ARM),X射线衍射分析(XRD)研究了掺Er3+:Al2O3光学薄膜的形貌、厚度以及结构等特性.结果表明,在氧化的SiO2/Si(100)基片上获得了厚度为1.2 μm,固溶Er3+的面心立方结构γ-(Al,Er)2O3和单斜结构θ-(A1,Er)2O3的薄膜.薄膜表面光滑、平整,无明显的表面缺陷.掺EP:Al2O3薄膜晶粒分布均匀,平均晶粒直径为50～200 m,表面起伏度为10～20 nm.测量了10 K下掺0.1 mo1%～1.5 mo1%Er3+:Al2O3光学薄膜的光致发光(PL)谱,获得了中心波长为1.533μm的发光曲线.PL强度随Er3+掺杂浓度的增加而下降,相应的半峰宽(FWHM)也从45 nm减小到36 nm.Sol-gel法制备掺Er3+:Al2O3/SiO2/Si光学薄膜满足有源光波导放大器基体材料的性能要求.     

(Si,Er)双注入热氧化SiO_2/Si薄膜的表面结构及1.54μm光发射

利用金属蒸气真空弧 (MEVVA)离子源将 Si和 Er离子双注入到不同厚度热氧化 Si O2 / Si薄膜中获得 Er掺杂硅基发光薄膜 .掺杂到热氧化 Si O2 / Si薄膜表面的 Er原子浓度可达到～ 10 % ,即体浓度～ 10 2 1 cm- 3 .热氧化 Si O2膜越厚 ,溅射后 Si O2 保留量越多 ;再结晶硅颗粒结晶程度提高 ,逐渐纳米化 ;未见有大量的 Er偏析或铒硅化物形成 ,Er大部分以固溶形式存在 .在 77K下获得了较强 1.5 4μm光致发光信号 ,室温下发光强度温度猝灭不明显     

Y_2O_3∶Eu薄膜的制备及其发光性能研究

用电子束蒸发方法在ITO基片上生长Y2O3∶Eu荧光薄膜,并在不同条件下退火处理。分别用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(KPS)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光(PL)谱表征Y2O3∶Eu荧光薄膜的结构、成分、形貌和发光性能。实验表明:随着温度升高,薄膜的结晶程度提高,弥补了薄膜晶体表面的表面缺陷,提高了薄膜的发光性能;600℃退火处理的光致发光中,617nm和596nm的谱线最强。     

掺Er HfO2薄膜材料的光致发光性质

用脉冲激光淀积(PLD)技术和离子注入的方法制备了掺Er氧化铪(HfO2)薄膜样品,观察到了样品中Er离子波长1535nm的室温和变温光致发光(PL)现象.分析了后期不同的退火温度对样品发光强度的影响,发现当退火温度选取800℃时可最大程度减少材料中的晶格损伤和缺陷等非辐射衰减中心,同时光激活Er离子,从而实现最大强度的光致发光.通过对样品光致发光激发(PLE)的测量分析发现,在Er离子的发光过程中除了直接吸收的过程之外还存在着间接激发的过程.HfO2将会成为Er掺杂的一种很好的基质材料.     

nc-SiC/SiO_2镶嵌薄膜材料的制备、结构和发光特性

采用二氧化硅/碳化硅复合靶,用射频磁控共溅射技术和后高温退火的方法在Si(111)衬底上制备了碳化硅纳米颗粒/二氧化硅基质(nc-SiC/SiO2)镶嵌结构薄膜材料。用X射线衍射(XRD),傅里叶红外吸收(FTIR),扫描电子显微镜(SEM)和光致发光(PL)实验分析了薄膜的微结构以及光致发光特性。实验结果表明,样品薄膜经高温退火后,部分无定形SiC发生晶化,形成β-SiC纳米颗粒而较均匀地镶嵌在SiO2基质中。以280nm波长光激发薄膜表面,有较强的365nm的紫外光发射以及458nm和490nm处的蓝光发射,其发光强度随退火温度的升高显著增强,发光归结为薄膜中与Si—O相关的缺陷形成的发光中心。     

掺Er HfO2薄膜材料的光致发光性质

用脉冲激光淀积(PLD)技术和离子注入的方法制备了掺Er氧化铪(HfO2)薄膜样品,观察到了样品中Er离子波长1535nm的室温和变温光致发光(PL)现象.分析了后期不同的退火温度对样品发光强度的影响,发现当退火温度选取800℃时可最大程度减少材料中的晶格损伤和缺陷等非辐射衰减中心,同时光激活Er离子,从而实现最大强度的光致发光.通过对样品光致发光激发(PLE)的测量分析发现,在Er离子的发光过程中除了直接吸收的过程之外还存在着间接激发的过程.HfO2将会成为Er掺杂的一种很好的基质材料.     

基于PLD法制备ZnO:Eu3+,Li+薄膜的发光性质研究

采用脉冲激光沉积(PLD)技术在Si(111)衬底上生长了Eu3+、Li+共掺杂的ZnO薄膜。分别对样品进行了X射线衍射(XRD)谱测试和光致发光(PL)谱分析,重点研究了退火处理对样品结构和发射光谱的影响。XRD谱测试表明,样品具有很好的C轴择优取向。PL谱研究表明,当用325nm光激发样品时,样品的发射光谱仅由ZnO基质的紫外发射和蓝光发射组成,并没有发现稀土Eu3+的特征发光峰;样品的蓝光发射源于电子从Zn填隙形成的浅施主能级到Zn空位形成的浅受主能级跃迁;和真空中退火的样品相比,O2中制备的样品的蓝光发射减弱,紫外发光增强。用395nm的光激发时,退火前样品分别在594nm和613nm处存在两个明显的Eu3+特征发光峰,退火后的样品仅发现Eu3+位于594nm的特征发光峰,这表明,退火处理不利于稀土离子的特征发射,但O2中退火的样品ZnO基质红绿波段发射光谱明显增强。     

Ge,Al共掺SiO2薄膜的发光性能研究

用射频磁控溅射法制备Ge,Al共掺SiO2复合薄膜并以不同温度进行退火,得到具有特定光致发光性质的复合材料。经600℃退火的薄膜样品在260 nm谱线激发下,主要有398和494 nm发光峰。通过对样品的X射线衍射谱和X射线光电子能谱的测试,确定了薄膜的结构特征,同时对观察到的光致发光从理论上做了重点分析,认为双重配位的Si孤对中心和GeO色心中的三重激发态到基态(T1→S0)之间的辐射跃迁分别是产生414和398 nm发光峰的主要原因。实验结果表明,Al的掺入可能在GeO2晶粒中引入了新缺陷能级,从而产生494 nm这一特殊的发光带,同时Al的掺入也提高了398 nm发光峰的发光效率。     

纳米Si镶嵌SiO2薄膜的发光与非线性光学特性的应用

采用射频磁控溅射技术和热退火处理制备了纳米Si镶嵌SiO2薄膜,在室温下观察到光致发光现象,峰值分别位于360,430和835nm,结合吸收谱、光致发光激发谱和X射线衍射分析讨论了发光机理.利用纳米Si镶嵌SiO2薄膜的非线性光学特性可作为可饱和吸收体,在Nd:YAG激光器中实现被动调Q运转.     

Si~+注入热生长SiO_2的光致发光激发谱与光电子能谱

Si+注入的热生长SiO2，未退火及1000℃以下退火样品的光致发光谱为峰值在470nm的蓝光带，其光致发光激发谱主要为一个位于250nm的窄峰，且谱形不依赖于退火条件，光电子能谱显示样品注入层为比较均匀的SiOx；1000℃以上退火样品的发光谱为峰值在730nm的红光带，其激发谱有一个230nm的窄峰，同时在500nm附近还有一个随退火处理不断红移和增强的宽带，光电子能谱表明退火使样品注入层分离为SiO2和纳米硅晶粒两相．本文对两种发光带的复合过程、光吸收过程及其与微结构的关系进行了讨论．     

纳米硅对掺铒氧化硅电致发光的增强作用

用磁控溅射法在n+-Si衬底上淀积掺铒的富硅氧化硅(SiO2∶Si∶Er)薄膜,并制备了Au/SiO2∶Si∶Er/n+-Si发光二极管,观测到这种发光二极管的1.54μm电致发光强度是在掺铒二氧化硅薄膜上以同样方法制备的Au/SiO2∶Er/n+-Si发光二极管的8倍.在n+-Si衬底上淀积了纳米(SiO2∶Er/Si/SiO2∶Er)三明治结构,其硅层厚度以0.2 nm为间隔从1.0nm变化到4.0nm.在室温下观察到了Au/纳米(SiO2∶Er/Si/SiO2∶Er)/n+-Si发光二极管的电致发光,其电致发光谱可分解成峰位和半高宽都固定的3个高斯峰,峰位分别为0.757eV(1.64μm)、0.806eV(1.54μm)和0.860eV(1.44μm),半高宽分别为0.052、0.045和0.055eV,其中1.54μm峰来源于Er3+发光.当硅层厚度为1.6nm时,3个峰的强度都达到最大,分别是没有硅层的Au/SiO2∶Er/n+-Si发光二极管相应3个峰的22、7.9和6.7倍.     

氧气中退火Ge-SiO_2共溅射薄膜的强紫光发射

Ge- Si O2 共溅射薄膜分别在 O2 、N2 和空气中退火后 ,在 Xe灯 2 5 0 nm线激发下 ,均观测到位于 40 0和 30 0 nm的紫、紫外光发射 (PL) .傅里叶变换红外吸收谱 (FT- IR)表明 ,这两个 PL 峰与锗氧化物紧密相关 .进一步的光致发光激发谱 (PL E)则证实它们来源于 Ge O色心的光学跃迁 .对比不同退火气氛下的 PL 强度 ,发现最强的光发射出现在 80 0℃氧气里退火的样品中 .这表明 ,退火气氛中氧的存在 ,能够增强 Ge- Si O2 共溅射薄膜的紫、紫外光发射 ,是一种增强光发射强度的新途径 .