摘要：硅由于性能优异且技术成熟,已经成为了电子工业中最重要的半导体材料,并广泛运用于各个领域。以它们为基础研发的器件已经进入并改善着人们的生活。多孔硅的可见光光致发光,彻底激发了探讨者探讨高效硅基发光材料的兴趣。作为一个在电子和光电器件方面很有进展潜力的材料,氮化硅体现出良好的化学稳定性、高温热稳定性、抗热震性、电绝缘性和硬质性。此外,氮化硅在太阳能电池表面钝化及减反材料方面也有广泛的运用。氮化硅因其优良的特性而得到广泛运用,目前不少学者对该材料进行了细致而深入的探讨,特别是对于SiNx系统纳米薄膜的制备及其光学性质的探讨已取得不少有作用的结果。目前,对于SiNx薄膜的一些物理特性和机制还未完全认清,由此对其还有大量的探讨工作需要进行。本论文主要包括以下两个方面工作：1、探讨不同N含量的SiNx薄膜在高温退火条件下的发光特性。采取超高真空多功能磁控溅射系统,以高纯Si作为靶材,高纯N,和Ar为反应溅射气体,在不同氮气流量比的条件下进行SiNx薄膜制备。在沉积SiNx之前,在Si(100)衬底上生长了一层SO2缓冲层。为了提升其光学性质,制备好样品后,在有N2保护的管式退火炉中进行退火处理,用800℃的温度退火20min。利用室温光致发光光谱(PL)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)对SiNx薄膜的性质进行表征。浅析认为,SiNx薄膜的PL是由光生载流子引起的,它们在富硅的SiNx中产生的,转移到氧化硅中复合而发光。氮气流量N=3.2的样品的PL最强,通过SEM发现其微粒是最小的,可见量子尺寸效应有助于PL的增强。组份和结构浅析证明了SiNx薄膜中强烈的PL与Si-N跟Si-O键的含量有关,充足的氧和适度的氮能有效增强光致发光。2、运用K-P模型,我们建立了Si/SiNx超晶格的能带模型,并计算了其能带结构。结合实验浅析了各层膜的厚度与能带结构及有效质量之间的联系。结果表明,适当增加各层膜的厚度使得纳米Si薄膜的带隙有减小的走势。在Si/SiNx超晶格系统中,可以通过制约各层膜的厚度,有效地制约发光。结果证明K-P模型运用于Si/SiNx超晶格结构是有效的,与实验符合的很好。关键词：氮化硅薄膜论文光致发光论文Si/SiNx论文多层膜论文光性能论文
摘要3-5
Abstract5-9
第一章 氮化硅薄膜的光致发光9-20
1.1 氮化硅的探讨进展9
1.2 氮化硅的光致发光机制9-17
1.2.1 量子限制效应模型10-12
1.2.2 量子限制-发光中心模型12-13
1.2.3 表面态和钝化13
1.2.4 能隙态模型13-15
1.2.5 量子限制效应和缺陷态的共同作用15-16
1.2.6 包埋于氮化硅中的Si团簇16
1.2.7 带尾态模型16-17
1.3 论文选题作用及探讨内容17-20
第二章 薄膜技术20-42
2.1 薄膜生长历程20-22
2.2 沉积历程的分类22-29
2.2.1 物理气相沉积历程23-28
2.2.2 化学气相沉积历程28-29
2.3 磁控溅射镀膜29-34
2.3.1 磁控溅射镀膜的原理29-31
2.3.2 磁控溅射系统的组成31-33
2.3.3 磁控溅射中的真空系统33-34
2.4 薄膜材料的表征34-42
2.4.1 光致发光(PL)36-37
2.4.2 扫描电镜(SEM)37-38
2.4.3 X射线光电子能谱(XPS)38-39
2.4.4 傅里叶变换红外吸收谱(FTIR)39-42
第三章 SiNx的光致发光探讨42-54
3.1 SiNx样品的制备42-43
3.2 SiNx样品的浅析43-50
3.2.1 PL浅析43-45
3.2.2 SEM浅析45-46
3.2.3 XPS浅析46-49
3.2.4 FTIR浅析49-50
3.3 结果与讨论50-52
3.4 小结52-54
第四章 Si/SiNx超晶格能带结构54-68
4.1 介绍54-57
4.1.1 能带论述54-55
4.1.2 超晶格55-57
4.2 Si/SiNx超晶格系统57-61
4.2.1 建立Si/SiNx超晶格模型57-58
4.2.2 计算Si/SiNx超晶格模型58-61
4.3 Si/SiNx超晶格能带浅析61-67
4.3.1 膜厚对能带的影响61-64
4.3.2 有效质量与膜厚的联系64-67
4.4 小结67-68
第五章 总结与展望68-70
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