SiC納米晶薄膜的制備及發(fā)光性質(zhì).pdf

1、本文對SiC材料的歷史發(fā)展進(jìn)行了回顧，并對SiC的基本特性、制備方法、表征方法、應(yīng)用前景及面臨的問題等進(jìn)行了詳細(xì)的綜述。 詳細(xì)闡述了濺射原理及其成膜方法，并具體介紹了濺射法在SiC薄膜制備中的應(yīng)用，其中包括濺射法在制備SiC非晶薄膜、SiC晶體薄膜、SiC納米晶體薄膜中的應(yīng)用。 采用射頻磁控濺射和后退火處理的方法在不同工藝條件下，在單晶Si襯底上成功制備了SiC納米晶薄膜。并采用紅外吸收譜儀(FTIR)和X射線衍射儀(X

2、RD)對薄膜進(jìn)行晶化的結(jié)構(gòu)分析。采用掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線光電子譜儀(XPS)分析薄膜的結(jié)構(gòu)、成份。采用熒光分光光度計研究了薄膜的光致發(fā)光特性。系統(tǒng)地研究了主要的工藝參數(shù)(退火溫度、襯底負(fù)偏壓、射頻功率及工作氣壓)對SiC薄膜的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： (1)隨著退火溫度的降低，樣品的晶粒尺寸變小，光致發(fā)光峰強(qiáng)度變強(qiáng)，峰位藍(lán)移。納米晶粒的減小導(dǎo)致了發(fā)光強(qiáng)度的增加及峰位的藍(lán)移。 (2)在沉積SiC薄膜過程中增大襯底負(fù)

3、偏壓可以降低SiC形成的活化能，有利于β-SiC的形成，同時可以抑制非晶碳和襯底表面氧化物的形成。襯底負(fù)偏壓的存在導(dǎo)致SiC薄膜中納米晶的數(shù)量增多、尺寸減小。隨著襯底負(fù)偏壓的增大，發(fā)光峰強(qiáng)度變強(qiáng)，峰位藍(lán)移。 (3)適當(dāng)?shù)卦龃笊漕l功率有利于降低SiC形成的活化能，起到誘導(dǎo)晶態(tài)SiC生長的作用。隨著功率的增大，發(fā)光峰強(qiáng)度變強(qiáng)，峰位不變。表明發(fā)光性能得到改善。 (4)隨著工作氣壓的減小，樣品中的Si-C鍵的數(shù)量增多。發(fā)光峰強(qiáng)度

4、更強(qiáng)，發(fā)光峰位紅移。晶粒尺寸會隨著工作氣壓的減小而增大，從而導(dǎo)致發(fā)光峰位的紅移。過高的工作氣壓會造成沉積速率的降低，從而導(dǎo)致SiC薄膜結(jié)晶質(zhì)量的降低，進(jìn)而造成發(fā)光強(qiáng)度的降低。 系統(tǒng)闡述了光衰減理論，簡要介紹了時間分辨譜測量設(shè)備，并采用時間分辨譜研究了SiC納米晶薄膜的發(fā)光機(jī)理。時間分辨譜表明SiC薄膜樣品發(fā)光的衰減時間為納秒量級，這比體單晶SiC在低溫下的衰減時間至少快兩個數(shù)量級，表現(xiàn)出直接躍遷復(fù)合的特征，這是由于SiC納米晶粒