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硅是固态电子学和微电子产业的重要材料。但是硅是间接禁带半导体,不可以直接发光,且存在其它非辐射复合竞争,硅的光学性能比较差,这限制了其在光电子领域的应用。鉴于硅有成本低、资源丰富、稳定性强、无毒、工艺成熟等优点,研究硅基发光的改善具有很大意义。稀土元素具有丰富的能级结构,稀土掺杂纳米晶硅是一种有前景的提高硅基材料发光的方法。饵可以产生1.54μm的发光,这对应光纤通信中的窗口波长,铈可以产生紫外光和蓝光。本文对饵掺杂的纳米晶硅材料和铈掺杂的纳米晶硅材料分别进行了研究。本论文采用离子束溅射的方法,经过湿氧化过程,然后再经过快速退火处理,成功的制备出稀土元素掺杂的纳米晶硅材料；并用透射电子显微镜观测了样品的微观结构;还研究了不同条件下的样品发光情况。具体结果如下：1、Er掺杂的样品本文用TEM成功观测到纳米晶结构,且未看到材料有明显的微观结构缺陷。从TEM图上看,所制备出来的纳米晶颗粒尺寸在5nm左右。通过对样晶的PL谱分析,发现nc-Si在750nm左右会产生发广。随着退火时间的增加,材料中生成的nc-Si数目增加,薄膜中非辐射复合中心的数目；咸少,nc-Si的发光强度也增加。退火时间继续增大到一定程度后,nc-Si颗粒尺寸变大,量子效应减弱,发光强度反而下降,并且出现红移。PL谱中1533nm处的发广是由Er3+离子产生的,处于第一激发态4I132的铒离子跃迁回到基态4l152时,则发出1533nm的光。1533nm处的发光随退火时间和退火温度的变化趋势和750nmm处的发光相反,这说明Er3+发光和nc-Si发光存在一种竞争关系,验证了nc-Si和Er3+耦合发光机制。PLE谱中观测到400nm和800nm处有发射峰。400nm处的发射峰是来自于nc-Si的电子在nc-Si带隙之间的跃迁,800nm处的发射峰是来自于nc-Si中束缚激子得辐射复合。拉曼光谱中520cm-1处的峰是nc-Si的散辐射,峰值情况随着退火时间和温度的变化和PL谱中750nm处的相吻合。医用纳米颗粒平均直径算出所制备的纳米颗粒直径为7.2nm,和用TEM观测的尺寸吻合。2、掺Ce样品通过对掺Ce样品PL谱分析,发现铈离子在350nm到625nm范围内形成了宽带。在364nm、425nm和500nm附近处分别有波峰形成。还可以看到发光强度一直随着Ce掺杂浓度的增加而增大,发光强度和Ce的掺杂浓度几乎成线性正比例关系,当掺杂浓度为1.2at%时,波峰达到了最大值。退火温度上升到700℃的过程中,发光强度随着温度的上升而变大。当温度继续上升时,发光反而下降。900℃时候发光降到甚至比无退火的时候还要低,到1200℃时,发光基本消失。退火温度升高示,会发现有发光红移产生。对Ce掺杂浓度为1.2at%的样品,在1100℃退火温度时,发现选取不同退火气氛,材料的发光强度会不一样。若是在氧气的退火气氛下,则样品基本上不发光。用氮气做退火气氛所对应的发光强度大于用空气做退火气氛时的发光强度。