论文部分内容阅读
硅基发光材料的研究是实现硅基光电集成的关键，其中低维纳米结构是重要的探索方向之一。由于碳化硅(SiC)的带隙相对于SiO2和Si3N4较窄，有利于载流子注入，因而成为镶嵌Si量子点的理想基体。本论文主要研究了小尺寸的Si量子点镶嵌于α-SiCx:H以及α-SiCx:H/α-SiNx:H量子阱薄膜的制备及其发光特性。
通过低温等离子体增强化学气相沉积(PECVD)首次得到了量子点平均尺寸小至—1.2 nm的纳米Si-in-SiCx:H复合薄膜，颗粒分布面密度达4.0×1012cm-2。薄膜致密均匀，在可见光波段透过率很高，且具有波长可调的较强光致发光(PL)。由于不同组分下基质内部的能带结构以及局域态构成不同，导致吸收谱峰随着薄膜中Si富余量的增加而蓝移且谱峰展宽。薄膜具有较大的Stokes位移(～1.62 eV)，有利于获得较高的外量子效率。变温PL研究表明薄膜具有较高的内量子效率，并且随着温度降低PL峰位有微弱红移。对不同前驱气体流量比所沉积的薄膜研究了其PL峰位移动，证明发光由量子限域效应主导。变波长激发得到450 nm左右的短波长发光，研究了发光峰随激发波长增大而持续红移且半高宽相应减小的现象，给出了与基于量子限域效应的能量选择激发模型相自洽的解释。采用双指数函数对时间分辨光致发光衰减曲线进行了很好的拟合，分析表明薄膜具有短至3.0 ns以下的发光寿命。此外，对薄膜的电致发光性能作出了初步的研究，测量了样品的电压，电流曲线。
镶嵌于α-SiCx:H/α-SiNx:H多层基体中的Si量子点平均尺寸约为1.4nm，密度为5.9×1012 cm-2。原生薄膜在室温下具有蓝.绿光波段的较强PL，并且具有特殊的PL性质：对于每单层厚度减小到几十纳米所构成的量子点，量子阱系统，当激发波长在355 nm～395 nm范围内变化时，PL谱均具有大致不变的较强的积分强度，谱峰钉扎于～500 nm处。本论文采用受限量子点之间的能量共振转移受到量子阱调制作用对此现象进行了定性解释。采用伸展指数函数对多层膜样品的时间分辨光致发光曲线进行很好的拟合，得到样品的发光寿命均短至纳秒量级，最小达到1.0 ns以下。由于基体环境提供的周期性势场对载流子的扩散迁移具有调制作用，使得对于相同的发射波长，三组不同样品的衰减时间随着量子阱厚度的减小而减小；当量子阱宽小至一定程度时，光生载流子在局域态之间的传输由俘获-释放机制主导转变为跳跃机制主导。