鉺離子摻雜SiC和ZnO薄膜材料光致熒光特性研究.pdf

1、隨著光纖通信和集成光電子學的迅速發(fā)展，摻餌光波導放大器已成為了光纖通信與光電子學領域研究和應用的熱點。Er離子具有獨特的光學性質(zhì)，1.53μm發(fā)光波長對應于石英光纖的最低損耗窗口，并且發(fā)光波長受外界條件影響很小。這些發(fā)光特性使其在光纖通訊和光電集成領域有著廣闊的應用前景。
　　本論文從鉺離子摻雜SiC和ZnO材料入手，研究鉺離子的熒光特性。主要的研究內(nèi)容如下:第一，利用離子注入的方法選擇不同的注入劑量在SiC晶體中注入鉺離子，分析

2、鉺離子在基質(zhì)材料中的分布情況和熒光發(fā)光特性;第二，利用磁控濺射手段制備Er/Yb共摻的ZnO薄膜，研究襯底材料和襯底溫度對鉺離子的光致發(fā)光性能的影響;取得結(jié)果如下:
　　(1)采用離子注入方法，在280KeV的能量下將鉺離子注入到SiC晶體中，注入劑量選擇5×1013、1×1014、5×1014cm-2，在低溫12K下利用熒光光譜儀檢測到1.23μm附近的尖銳的發(fā)射峰，分析原因是由于鉺離子在4S3/2和4I11/2之間的躍遷導致的

3、，同時隨著注入劑量的增加，1238nm的熒光發(fā)射強度也在增加，但是達到一個閾值后熒光發(fā)射強度增加變得緩慢。同時，在1100nm附近發(fā)現(xiàn)了比較寬的發(fā)射峰，隨著注入劑量增加，峰值增加，這是由于鉺離子的注入造成了晶體的損傷引入了大量的晶體缺陷，引起了SiC的缺陷發(fā)射。
　　(2)采用磁控濺射技術制備Er/Yb共摻的ZnO薄膜，襯底基片選擇SiO2、 MgO和Al2O3。在常溫下檢測到Er3+在1.53μm附近的熒光發(fā)射，發(fā)現(xiàn)在MgO襯底

4、上制備的薄膜的熒光發(fā)射強度最高，另外兩種襯底材料上的發(fā)光強度相對接近，這是由于MgO晶體和ZnO晶體存在較小的失配度，在其上沉積的薄膜的晶粒尺寸大，結(jié)晶度好，晶體中的晶格缺陷較少，鉺離子和晶格缺陷發(fā)生能量轉(zhuǎn)移的概率降低，因此，鉺離子在以MgO為襯底生長的ZnO材料的發(fā)光性能高。
　　(3)襯底材料選擇Si和SiO2，濺射時間為7h，襯底溫度為200℃、400℃、600℃利用磁控濺射方法制備Er/Yb共摻的ZnO薄膜。X射線衍射儀測

5、試表明，隨著溫度的升高，晶粒的尺寸逐漸增大，晶面間距縮小，晶體的生長質(zhì)量改善。利用熒光光譜儀測試在三種溫度下制備的Er/Yb共摻的氧化鋅薄膜的熒光發(fā)光情況，結(jié)果表明隨著沉積薄膜襯底溫度的升高，薄膜晶體質(zhì)量得到改善，晶體中吸收鉺離子技法能量的晶格缺陷減少，促進了鉺離子的發(fā)光效率。
　　(4)在Si和SiO2襯底材料上濺射薄膜，襯底溫度選擇700和800℃，濺射時間為1h，發(fā)現(xiàn)鉺離子的熒光光譜在1650nm附近出現(xiàn)了比較寬的發(fā)射峰，這