半導(dǎo)體納米點(diǎn)鑲嵌在高K介電材料中的制備及其發(fā)光特性的研究.pdf

1、晶體Ge、Si材料是間接帶隙半導(dǎo)體，具有較小的光學(xué)帶隙寬度和非常低的光輻射效率，且發(fā)光峰位于近紅外，這在一定程度上限制了Ge、Si材料在光學(xué)器件方面的應(yīng)用。隨著薄膜生長(zhǎng)技術(shù)的進(jìn)展，人們可以在原子量級(jí)制備或組裝納米材料或薄膜，納米半導(dǎo)體薄膜在光學(xué)、微電子學(xué)等方面表現(xiàn)出許多奇異特性和廣泛的應(yīng)用前景，引起了人們的重視。特別是近年來，Ge納米晶鑲嵌在介質(zhì)母體材料中表現(xiàn)出各種各樣的光學(xué)特性，受到越來越多的研究者關(guān)注，人們期待著將這種優(yōu)越光學(xué)特性的

2、特性展現(xiàn)在光電子以及量子器件當(dāng)中。然而，到目前為止，對(duì)于Ge納米晶鑲嵌在介質(zhì)母體材料中的研究主要集中在SiO2材料，并且對(duì)于其表現(xiàn)出來的光致發(fā)光的機(jī)理尚不十分清楚，很難給出一個(gè)圓滿確切的統(tǒng)一解釋。這其中的主要原因是鑲嵌有納米晶復(fù)合薄膜有多種不同的工藝制備方法，薄膜組成成份復(fù)雜，增加了我們對(duì)薄膜材料結(jié)構(gòu)和成份的了解。 本文通過使用脈沖激光沉積技術(shù)，制備出Ge/Lu2O3、Ge/SiO2等高K介電復(fù)合薄膜材料，采用X射線衍射（XRD

3、）、透射電子顯微鏡（TEM）和光致發(fā)光譜（PL）等檢測(cè)技術(shù)對(duì)所沉積和退火后的薄膜表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性進(jìn)行表征和分析。同時(shí)我們采用Rietveld原理，使用Fullprof軟件對(duì)樣品的XRD譜線進(jìn)行全譜擬合，從擬合的結(jié)果中我們得出，在所有沉積和退火后的樣品中Ge納米晶晶體結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生任何變化，依然為立方晶系，但鑲嵌在薄膜中的Ge納米晶鍵長(zhǎng)都有不同程度減小。通過對(duì)Ge/Lu2O3、Ge/SiO2沉積和退火后樣品的PL性能測(cè)試，在Ge

4、/Lu2O3復(fù)合薄膜中出現(xiàn)光致發(fā)光中心在454nm和458nm附近的駝型峰，結(jié)合TEM分析表明：454nm和458nm附近的發(fā)光峰，是由于Ge納米晶周圍包覆著一層GeOx（O≤x≤2）形成殼層結(jié)構(gòu)（core-shell），而這個(gè)殼層結(jié)構(gòu)中存在大量Ge/O缺陷，成為激子輻射復(fù)合中心。通過比較沉積和退火后樣品的PL強(qiáng)度變化，進(jìn)一步說明駝型峰的機(jī)理是殼層結(jié)構(gòu)（core-shell）中的Ge/O缺陷發(fā)光。通過對(duì)兩種薄膜材料的光致發(fā)光強(qiáng)度的比較，