纳米硅／非晶硅多层膜室温可见光致发光研究

本文报道了在用等离子体增强化学汽相淀积法制备的氢化纳米硅（ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ）／氢化非晶硅（ａ－Ｓｉ：Ｈ）多层膜中，未经任何后处理工艺，观察到室温可见光致发光（ＰＬ）．当ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ层厚度由４．０ｎｍ下降至２．１ｎｍ时，ＰＬ峰波长由７５０ｎｍ兰移至７０８ｎｍ．本文将这种对量大于Ｓｉ单晶能隙的光发射归因于多层膜中ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ子层的量子尺寸效应．     

Si/SiO2和SiNx/SiO2多层膜的室温光致发光

采用射频磁控溅射法,制备了纳米Si/SiO2和SiNx/SiO2多层膜,得到强的可见光致发光,利用傅里叶红外吸收(FTIR)谱和光致发光(PL)谱,对其发光特性进行了研究,在374 nm和712 nm左右观察到强发光峰.用量子限制-发光中心(QCLC)模型解释了其可能的发光机制,认为发光可能源自于SiOx界面处的缺陷发光中心.建立了发光的能隙态(EGS)模型,认为440 nm和485 nm的发光源于N-Si-O和Si-O-Si缺陷态能级.     

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.     

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.     

a-Si∶H/SiO2多层膜晶化过程中的发光机理

采用在等离子体增强化学气相沉积（PECVD）系统中淀积a-Si∶H薄膜结合原位等离子体氧化的技术，制备了一系列不同a-Si∶H子层厚度的a-Si∶H/SiO2多层膜. 通过对其进行三步热处理：脱氢、快速热退火及准静态退火,使a-Si∶H/SiO2多层膜中a-Si∶H层发生非晶态到晶态的相变，获得尺寸可控的纳米硅nc-Si/SiO2多层膜. 结合Raman谱，FTIR谱和TEM测试，对退火过程中多层膜的光致发光性质进行跟踪研究，分析了a-Si∶H/SiO2多层膜在各个热处理阶段发光机理的演变，讨论了a-Si∶H/SiO2多层膜晶化为nc-Si/SiO2多层膜过程中，发光机制与微结构之间的相互联系.     

a-Si:H/SiO2多层膜晶化过程中的发光机理

采用在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中淀积a-Si:H薄膜结合原位等离子体氧化的技术,制备了一系列不同a-Si:H子层厚度的a-Si:H/SiO2多层膜.通过对其进行三步热处理:脱氢、快速热退火及准静态退火,使a-Si:H/SiO2多层膜中a-Si:H层发生非晶态到晶态的相变,获得尺寸可控的纳米硅nc-Si/SiO2多层膜.结合Raman谱,FTIR谱和TEM测试,对退火过程中多层膜的光致发光性质进行跟踪研究,分析了a-Si:H/SiO2多层膜在各个热处理阶段发光机理的演变,讨论了a-Si:H/SiO2多层膜晶化为nc-Si/SiO2多层膜过程中,发光机制与微结构之间的相互联系.     

a-Si:H/SiO2多层膜晶化过程中的发光机理

采用在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中淀积a-Si:H薄膜结合原位等离子体氧化的技术,制备了一系列不同a-Si:H子层厚度的a-Si:H/SiO2多层膜.通过对其进行三步热处理:脱氢、快速热退火及准静态退火,使a-Si:H/SiO2多层膜中a-Si:H层发生非晶态到晶态的相变,获得尺寸可控的纳米硅nc-Si/SiO2多层膜.结合Raman谱,FTIR谱和TEM测试,对退火过程中多层膜的光致发光性质进行跟踪研究,分析了a-Si:H/SiO2多层膜在各个热处理阶段发光机理的演变,讨论了a-Si:H/SiO2多层膜晶化为nc-Si/SiO2多层膜过程中,发光机制与微结构之间的相互联系.     

TiO2/SiO2纳米多层膜光学特性研究

采用磁控溅射方法在玻璃基底上制备了TiO2／SiO2纳米多层膜,用椭偏仪测试了薄膜的厚度和折射率。黑体实验研究表明,TiO2／SiO2纳米多层膜在800nm～1600nm区域内对红外线的吸收较好,且吸收率随着温度的升高而增大。红外光谱研究表明, TiO2／SiO2纳米多层膜在2300cm-1～2900cm-1区域内对红外线的吸收较好。     

磁控溅射Ge/Si多层膜的发光特性研究

采用磁控溅射技术,在Si(100)衬底上制备了一系列不同周期、不同Ge层厚度的Ge/Si多层膜样品.用室温光致发光(PL)、Raman散射和AFM图谱对样品进行表征.结果表明:Ge/Si多层膜中的PL发光峰主要来自于Ge晶粒,并且Ge晶粒生长的均匀性对PL发光影响较大,生长均匀的Ge晶粒中量子限域效应明显,随着晶粒的减小,PL发光主峰发生蓝移;在Ge晶粒均匀性较差时,PL发光峰强度较弱,量子限域效应不明显.     

等离子体显示器的膜层

等离子体显示器被认为是实现大屏幕壁挂电视显示最有希望的方案，等离子体显示器件中所用膜种类繁多，膜层结构复杂，成膜质量要求极高，成膜技术与加工工艺要求苛刻，ＰＤＰ的性能，质量，生产效率，成品率，器件成本直接取决于所用膜材料和成膜质量及成膜技术水平，本文对ＰＤＰ中所用膜的种类材料及成膜技术的现状，进展及存在的问题论述。     

链式氧化制备SiO2膜的研究

研究了应用链式扩散设备对经过制绒、清洗、扩散和刻蚀处理后的单晶P型硅片进行热氧化SiO2膜的生长。采用准稳态光电导衰减法(QSSPC)在室温条件下对氧化前后硅片的少子寿命进行测试,探讨了氧化工艺条件对少子寿命、SiO2薄膜质量的影响机理,并对氧化工艺进行了优化。实验结果表明:在氧气流量为20L/min,带速为13i/m,氧化工艺区阶梯式温度设置为600、800、800、800、800、800、850和900℃时,链式氧化后硅片少子寿命达到42.5μs,SiO2膜的厚度适合,结构致密;在不影响减反效果的情况下,获得了良好的钝化效果。     

Construction of Membrane Sieves Using Stoichiometric and Stress‐Reduced Si3N4/SiO2/Si3N4 Multilayer Films and Their Applications in Blood Plasma Separation

The novelty of this study resides in the fabrication of stoichiometric and stress‐reduced Si₃N₄/SiO₂/Si₃N₄ triple‐layer membrane sieves. The membrane sieves were designed to be very flat and thin, mechanically stress‐reduced, and stable in their electrical and chemical properties. All insulating materials are deposited stoichiometrically by a low‐pressure chemical vapor deposition system. The membranes with a thickness of 0.4 µm have pores with a diameter of about 1 µm. The device is fabricated on a 6” silicon wafer with the semiconductor processes. We utilized the membrane sieves for plasma separations from human whole blood. To enhance the separation ability of blood plasma, an agarose gel matrix was attached to the membrane sieves. We could separate about 1 µL of blood plasma from 5 µL of human whole blood. Our device can be used in the cell‐based biosensors or analysis systems in analytical chemistry.     

射频溅射SiO2在制造Si/SiGeHBT中的应用

介绍了射频溅射ＳｉＯ２的原理与工艺,对制造出的Ｓｉ／ＳｉＧｅＨＢＴ作了分析。     

SiO2膜的薄层化对自组织生长Si纳米量子点发光特性的影响

采用低压化学气相沉积方法,依靠纯SiH4气体的热分解反应,在SiO2表面上自组织生长了Si纳米量子点.实验研究了SiO2膜的薄层化对Si纳米量子点光致发光特性的影响.结果表明,当SiO2膜厚度减薄至6nm以下时,Si纳米量子点中的光生载流子会量子隧穿超薄SiO2层,并逃逸到单晶Si衬底中去,从而减少了光生载流子通过SiO2/Si纳米量子点界面区域内发光中心的辐射复合效率,致使光致发光强度明显减弱.测试温度的变化对Si纳米量子点光致发光特性的影响,则源自于光生载流子通过SiO2/Si纳米量子点界面区域附近非发光中心的非辐射复合所产生的贡献.     

Improved Interface and Electrical Properties by Inserting an Ultrathin SiO2 Buffer Layer in the Al2O3/Si Heterojunction

An ultrathin SiO₂ interfacial buffer layer is formed using the nitric acid oxidation of Si (NAOS) method to improve the interface and electrical properties of Al₂O₃/Si, and its effect on the leakage current and interfacial states is analyzed. The leakage current density of the Al₂O₃/Si sample (8.1 × 10^?9 A cm^?2) due to the formation of low‐density SiO_x layer during the atomic layer deposition (ALD) process, decreases by approximately two orders of magnitude when SiO₂ buffer layer is inserted using the NAOS method (1.1 × 10^?11 A cm^?2), and further decreases after post‐metallization annealing (PMA) (1.4 × 10^?12 A cm^?2). Based on these results, the influence of interfacial defect states is analyzed. The equilibrium density of defect sites (N_d) and fixed charge density (N_f) are both reduced after NAOS and then further decreased by PMA treatment. The interface state density (D_it) at 0.11 eV decreases about one order of magnitude from 2.5 × 10¹² to 7.3 × 10¹¹ atoms eV^?1 cm^?2 after NAOS, and to 3.0 × 10¹⁰ atoms eV^?1 cm^?2 after PMA. Consequently, it is demonstrated that the high defect density of the Al₂O₃/Si interface is drastically reduced by fabricating ultrathin high density SiO₂ buffer layer, and the insulating properties are improved.     

CdSe/SiO_2异质复杂纳米结构的可控制备

复杂纳米结构至今依然是材料领域研究的前沿。采用简单的气相合成法,通过反应温度选择和初始反应物配方设计,实现了复杂形貌CdSe/SiO2异质纳米结构的可控制备,在直径为100nm左右的一维纳米棒端部成功嫁接了直径约400nm的碗状SiO2纳米空心球。通过XRD,FESEM,HRTEM,EDS和SAED等手段分析试样的形貌、成分和晶体学特征。XRD测试表明,生成产物是CdSe和SiO2的复合材料;EDS分析进一步确认一维纳米棒和碗状空心球的化学成分分别为CdSe和SiO2;HRTEM和SAED测试表明,CdSe纳米棒是沿[0002]方向生长的单晶结构,SiO2纳米空心球为非晶结构。这种新奇的异质纳米结构可以作为未来纳米靶向药物的载体材料。     

SiO2/TiO2 Composite Film for High Capacity and Excellent Cycling Stability in Lithium‐Ion Battery Anodes

In this study, partially crystalline anodic TiO₂ with SiO₂ well‐distributed througout the entire oxide film is prepared using plasma electrolytic oxidation (PEO) to obtain a high‐capacity anode with an excellent cycling stability for Li‐ion batteries. The micropore sizes in the anodic film become inhomogeneous as the SiO₂ content is increased from 0% to 25%. The X‐ray diffraction peaks show that the formed oxide contains the anatase and rutile phases of TiO₂. In addition, X‐ray photoelectron spectroscopy and energy‐dispersive X‐ray analyses confirm that TiO₂ contains amorphous SiO₂. Anodic oxides of the SiO₂/TiO₂ composite prepared by PEO in 0.2 m H₂SO₄ and 0.4 m Na₂SiO₃ electrolyte deliver the best performance in Li‐ion batteries, exhibiting a capacity of 240 µAh cm^?2 at a fairly high current density of 500 µA cm^–2. The composite film shows the typical Li–TiO₂ and Li–SiO₂ redox peaks in the cyclic voltammogram and a corresponding plateau in the galvanostatic charge/discharge curves. The as‐prepared SiO₂/TiO₂ composite anode shows at least twice the capacity of other types of binder‐free TiO₂ and TiO₂ composites and very stable cycling stability for more than 250 cycles despite the severe mechanical stress.     

LiNbO_3/SiO_2/Si薄膜的蓝光发射

采用射频磁控溅射方法制备了LiNbO3/SiO2／Si薄膜。通过X射线衍射（XRD）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）和傅立叶变换红外吸收光谱（FT-IR）对薄膜的物相、晶体取向和成分进行了表征。采用荧光分光光度计研究了LiNbO3／SiO2／Si薄膜的光致发光。研究结果表明：在280nm激发光的激发下,LiNbO3／SiO2／Si薄膜在室温下发射470nm的蓝光,来源于LiNbO3薄膜与SiO2层界面处白捕获激子的辐射复合,发现在SiO2／Si薄膜上生长LiNbO3薄膜调制SiO2／Si薄膜的发光机制。     

含氧等离子体对低温CVD沉积SiO2钝化性能的改善

对InSb探测器芯片的退化机理进行讨论 ,提出了SiO2 钝化膜中悬键形成的一种新模式 ;为进一步减少界面陷阱及界面态 ,采用含氧原子的等离子体来处理芯片 ,取得了良好效果 ,含氧等离子气氛由N2 O气体高频电离获得。处理后的InSb探测器芯片I V特性明显好转 ;Au/Cr SiO2 InSbMIS结构的C V曲线下降坡明显变陡 ,曲线回滞明显变小 ;红外吸收谱表明SiO2 钝化膜中 H键及 OH键的数量明显减少。