磁控溅射法所沉积非晶SiNO薄膜的结构分析及光致发光特性研究

摘要

发展光电子集成技术需要硅基发光材料。晶体硅由于是间接带隙材料，其带间辐射复合效应非常低，难于达到发光器件的要求，这使得制备高效、稳定的Si基发光材料成为当前研究的一个热点。SiNxOy薄膜具有优良的物理性能和光电性能，所以这种薄膜已经成为研究硅基发光的侯选材料。 本文采用磁控溅射法，在恒定溅射功率和衬底温度的前提下，通过改变溅射气氛中Ar、N2与O2的通入量，在单晶硅衬底上生长非晶SiNxOy薄膜，在N2保护下对样品进行高温退火。通过对退火后样品的红外吸收（FTIR）光谱和光致发光（PL）光谱的分析发现：退火后样品在500cm-1～1500 cm-1范围内存在一个较强的吸收谱带，该吸收谱带被认为来自于Si-N键与Si-O-Si键的伸缩振动吸收；样品经高温退火后，在发光谱的可见光波段300nm到800nm范围内出现了一个较强的发光峰，并且随着退火温度的升高，发光峰的强度逐渐减弱。保持溅射气氛中N2的通气量不变，随着O2通气量的增加，所沉积的SiNxOy非晶薄膜成为富含SiO2的Si3N4薄膜，薄膜的发光来源于SiO2缺陷（O3=Si-Si=O3）的发光；保持溅射气氛中O2的通气量不变，随着N2通气量的增加，所沉积的SiNxOy非晶薄膜成为富含Si3N4的SiO2薄膜，薄膜的发光主要来源于纳米氮化硅的发光，根据Robertson的理论计算，我们认为纳米氮化硅的发光来自Ec→Sj0（5．3eV→3．1eV）或Ec→Si-（5．30eV→3．40eV）的电子辐射跃迁。

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致谢

序

1 绪论

1.1 硅基发光材料的研究

1.1.1 多孔硅基发光材料的研究

1.1.2 硅基量子低维发光材料

1.1.3 Nc—Si/SiO2超晶格

1.1.4 氮化硅薄膜材料

1.2 纳米硅基发光材料发光机理研究

1.3 SiNxOy薄膜材料

1.3.1 SiNxOy薄膜的性能

1.3.2 SiNxOy薄膜的发光特性研究

1.4 本文的思路及主要研究内容

2 薄膜的制备与表征

2.1 样品的制备

2.1.1 基片与基片清洗

2.1.1 薄膜的制备

2.2 样品的表征

2.2.1 台阶仪

2.2.2 傅里叶变换红外吸收光谱——FTIR

2.2.3 光致发光光谱——PL

3 SiNxOy中计量比y对薄膜的结构及其光致发光性能影响的研究

3.1 薄膜制备

3.2 实验结果与分析

3.3 小结

4 SiNxOy中计量比x对薄膜的结构及其光致发光性能影响的研究

4.1 薄膜制备

4.2 实验结果与分析

4.3 SiNx薄膜的光致发光机理研究

4.4 小结

5 结论

参考文献

作者简历