Si-O和Si-O-N系統(tǒng)中硅量子點的結晶和發(fā)光性能研究.pdf

1、本文采用交替磁控濺射的方法制備了Si/SiO2復合膜和SiO2/Si/SiO2三明治結構，并對Si/SiO2復合膜采用了快速退火加爐內退火的二步退火處理、對SiO2/Si/SiO2三明治結構進行了爐內退火熱處理工藝制備硅量子點。同時采用反應濺射的方法制備了不同元素比的SiOxNy薄膜，并進行了爐內退火處理得到不同狀態(tài)的硅結晶。通過微觀結構(TEM)的觀察，以及成分(EDS)，表面鍵(FTIR)的分析，對在不同系統(tǒng)薄膜中硅量子點的生成規(guī)律

2、進行了研究和討論，并對薄膜進行了發(fā)光性能(PL)的測試。 研究發(fā)現(xiàn)，不同濺射沉積速率對于硅在SiO2基體中的團聚和結晶的影響是不同的，隨著硅濺射速率的增大，薄膜中的缺陷和形核點增多，快速退火后薄膜生成的量子點的密度增大。同時由于形核點與硅原子擴散的共同作用，也決定了硅納米晶的尺寸分布隨著濺射速率的增加呈現(xiàn)出由單分散到不均勻分布再到單分散的特點。在兩步退火過程后，SiO2基體中過飽和的硅原子會以兩種形式析出，即附著于已存在的硅團簇

3、上以及聚集為新的硅團簇。 在SiO2/Si/SiO2三明治結構薄膜中生長出了硅的柱狀晶，通過對晶粒形核生長過程進行的熱力學理論計算發(fā)現(xiàn)，硅形核易于發(fā)生在Si/SiO2界面處，并且柱狀硅晶的{111}族晶面平行于Si/SiO2界面，其擇優(yōu)生長是由能量最優(yōu)化所決定的，而孿晶的存在是受硅層中的應力以及雜質元素的存在所影響的。 對于SiOxNy薄膜，在退火后出現(xiàn)了氮元素流失的現(xiàn)象，并且發(fā)現(xiàn)氮流失程度越大，薄膜中硅結晶的狀況越好。