硅量子點的硼和磷摻雜.pdf

1、硅量子點是當前納米半導體材料研究中的熱點。它具有優(yōu)異的光電性能、無毒性和與現(xiàn)有體硅技術較好的兼容性，能夠廣泛應用于光電子學、太陽能光伏、電子器件、能量存儲和生物成像等領域。與體硅材料類似，硅量子點也需要通過摻雜等手段來提高其應用性能。目前，在理論和實驗上研究人員對各種摻雜元素在硅量子點中的摻雜行為展開研究。在實驗上，人們可以對固相法合成的鑲嵌在二氧化硅介質中的硅量子點和氣相法合成的氫鈍化的硅量子點進行摻雜，然而與前者對應的相關理論研究尚

2、處于起步階段，許多實驗結果尚無對應的機理解釋。此外，雖然許多研究小組對本征硅量子點的尺寸效應已進行了深入的探索，而對摻雜的硅量子點，尺寸效應對其性能的影響尚無系統(tǒng)的研究。
　　本論文基于密度泛函理論和冷等離子體法對硼、磷原子在硅量子點中的摻雜行為進行研究。研究了硼、磷及硼-磷共摻雜對鑲嵌在二氧化硅中的硅量子點的電子結構和光學性質的影響；結構優(yōu)化對磷摻雜的硅量子點性能的影響；尺寸效應對超級硼摻雜的硅量子點的結構和光學性質的影響。取得

3、如下創(chuàng)新結果：
　?。?）構建了創(chuàng)新型模型研究鑲嵌在二氧化硅中的硅量子點的摻雜，計算了磷摻雜對其電學和光學性能的影響。對于具有完整氧化界面的硅量子點，磷原子容易進入硅/二氧化硅次界面處，在硅量子點中引入缺陷發(fā)光中心，其發(fā)光峰較帶邊發(fā)光發(fā)生紅移；對于界面存在懸掛鍵的硅量子點，磷原子首先鈍化界面處的懸掛鍵，使缺陷發(fā)光消失，同時增強帶邊發(fā)光。
　?。?）研究了硼原子在鑲嵌在二氧化硅中的硅量子點中的分布及其電學性能。對于具有完整氧化

4、界面的硅量子點，硼原子容易進入次界面或表面氧化層中，但基本不影響硅量子點的激發(fā)能；對于界面存在懸掛鍵的硅量子點，硼原子容易進入硅/二氧化硅層中，同時產生較大晶格畸變，容易導致硅量子點的發(fā)光淬滅。
　　（3）考察了鑲嵌在二氧化硅中的硅量子點的硼-磷共摻雜。硼、磷原子容易以硼-磷對的形式存在于硅量子點中。而當硼、磷原子分開時會各自在禁帶中引入靠近價帶和導帶的深能級，其能級深度和兩者的相對位置有關。不同深度的雜質能級能夠導致不同波長的光

5、致發(fā)光峰。
　　（4）采用密度泛函理論研究了結構優(yōu)化對摻磷的硅量子點的性能的影響。磷摻雜會顯著影響結構優(yōu)化后硅量子點的晶體結構，進而改變其能級結構、電子結合能和光學吸收譜。結構優(yōu)化前后硅量子點性能的差異隨摻磷濃度的增大而更為顯著。
　?。?）首次研究了尺寸效應對超級摻雜硅量子點的局域表面等離子激元（LSPR）性能的影響。硅量子點的 LSPR能量隨著摻硼濃度的增大而藍移；在一定的摻硼濃度下，硅量子點的LSPR能量隨量子點尺寸的