磁控溅射法制备Si掺杂ZnO薄膜及Al2O3包埋Si纳米晶薄膜

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作为一种重要的微电子薄膜材料,Si已在超大规模集成电路(VLSI)、太阳电池、液晶显示、记忆存储以及特种半导体器件中都获得了成功的应用。近年,随着各类纳米薄膜材料与纳米量子器件的兴起,具有纳米晶粒多晶Si薄膜的结构制备与电学特性的研究也引起了广泛的关注。氧化锌(ZnO)是Ⅱ-Ⅵ族直接宽带隙半导体(室温带隙3.37eV),因为具有较高的激子束缚能(60meV),使得它成为理想的下一代紫外发光二极管和激光二极管的候选材料。把ZnO和Si两种材料的光电性质结合到一起,将在光电领域具有极其重要的意义。目前这方面的研究工作多数都集中于在Si衬底上生长和制作ZnO的薄膜器件和纳米结构等研究上,而作为纳米粒子的发光效率被认为要比薄膜和一维纳米材料高得多。本文首先利用射频磁控溅射技术制备了Si掺杂ZnO薄膜,然后以不同的退火温度对样品进行热处理。利用X射线衍射(XRD),共振拉曼和光致发光(PL)研究了Si掺杂ZnO薄膜的结构及发光性质。研究表明,在Si掺杂ZnO薄膜中生成了ZnO纳米粒子。随着退火温度的升高,ZnO纳米粒子的结晶性变好,并且粒子半径逐渐增大。ZnO的可见区发射随着退火温度的升高逐渐增强,这对制作ZnO白光LED有很重要的意义。变温光致发光结果表明,Si掺杂ZnO薄膜中的杂质Si增强了ZnO中的束缚激子能量,从而增强紫外发光。本文还利用直流磁控溅射技术制备出Al包埋纳米Si薄膜,并以不同退火温度对样品进行热处理,得到了Al2O3包埋纳米Si薄膜。利用X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)对样品的结构和发光性质进行了研究。结果表明Al2O3薄膜中存在Si纳米晶,其半径随退火温度的升高而变小。室温下,观察到了位于2.07-3.02eV的较强可见光致发光,其发光强度随退火温度不同而发生变化。分析表明可见区发光与Al2O3中的Si纳米品及其与Al2O3的界面缺陷相关。
中文摘要第4-5页
英文摘要第5页
目录第6-7页
第一章 前言第7-12页
    1.1 Ⅱ-Ⅵ族化合物宽带隙半导体材料研究进展第7页
    1.2 ZnO的基本性质第7-8页
    1.3 半导体低维结构第8-10页
    1.4 本论文主要内容第10-12页
第二章 薄膜生长中的表面动力学第12-16页
    2.1 薄膜生长中的表面动力学基础第12页
    2.2 薄膜的表面形核与生长第12-13页
    2.3 原子扩散过程第13-14页
    2.4 岛的迁移第14页
    2.5 多层膜的外延生长第14-16页
第三章 样品制备设备及表征设备简介第16-28页
    3.1 磁控溅射设备简介第16页
    3.2 溅射技术第16-21页
    3.3 X射线及其衍射第21-22页
    3.4 拉曼光谱简介第22-26页
    3.5 光致发光简介第26-28页
第四章 Si掺杂ZnO薄膜的制备与发光性质研究第28-36页
    4.1 实验设计及样品制备第28-29页
    4.2 样品结构及发光性质表征第29-36页
第五章 Al_2O_3包埋Si纳米晶薄膜的制备与发光性质研究第36-41页
    5.1 样品制备第36页
    5.2 样品的结构和发光性质表征第36-41页
第六章 结论第41-42页
参考文献第42-44页
致谢第44页
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