LiNbO-,3--SiO-,2--Si多層薄膜光致發(fā)光性能研究.pdf

1、本文采用射頻磁控濺射法制備了LiNbO<,3>/Si、LiNbO<,3>/SiO<,2>/Si結(jié)構(gòu)薄膜。通過X射線衍射(XRD)、X射線小角衍射、電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)和傅立葉變換紅外吸收光譜(FT-IR)等技術(shù)對薄膜的微觀結(jié)構(gòu)進行了表征。研究了襯底溫度、工作壓強、Ar/O<,2>流量比、濺射時間等工藝參數(shù)以及過渡層Si<,2>對LiNbO<,3>多層結(jié)構(gòu)薄膜光致發(fā)光性能的影響，初步探討了LiNbO<,3>多層結(jié)構(gòu)薄膜的光

2、致發(fā)光機制。 通過對LiNbO<,3>薄膜生長條件的探索，我們得出濺射功率50W，襯底溫度600<,3>，工作壓強0.8 Pa，Ar/O<,2>流量比6/4，濺射時間5h為最佳的濺射條件，可制備出較高質(zhì)量的LiNbO<,3>薄膜。 光致發(fā)光表明，生長的LiNbO<,3>多層結(jié)構(gòu)薄膜的發(fā)光峰集中在藍光帶區(qū)域，約位于439nm、450nm和470nm，其中以位于470nm的發(fā)光峰峰強最高，439nm、450nm的發(fā)光峰峰強次

3、之且相近。 LiNbO<,3>/Si及LiNbO<,3>/SiO<,2>/Si結(jié)構(gòu)薄膜發(fā)射光k=440nm、453nm和470nm發(fā)光峰的PLE譜圖表明，三者均有一個約位于280nm處的PLE譜峰，說明最佳的激發(fā)光波長是280nm，且發(fā)射光的發(fā)光機制相同。 對比不同生長條件及過渡層SiO<,2>對LiNbO<,3>多層結(jié)構(gòu)薄膜光致發(fā)光性能的影響，我們得出：襯底溫度是影響光致發(fā)光性能的決定性因素，制備時應(yīng)選擇高的襯底溫度；

4、工作壓強影響峰形和峰強的變化，具有最佳值；Ar/O<,2>流量比對光致發(fā)光性能的影響較?。粸R射時間對峰強增加有貢獻。此外，首次分析得出過渡層SiO<,2>的厚度對LiNbO<,3>多層結(jié)構(gòu)薄膜PL譜發(fā)光峰的峰位變化沒有影響，但過渡層SiO<,2>可顯著的增加LiNbO<,3>薄膜與Si襯底之間的界面粗糙度，增加界面間的接觸面，提高光發(fā)射強度。 我們初步探討了LiNbO<,3>多層結(jié)構(gòu)薄膜的光致發(fā)光機制，發(fā)現(xiàn)是通過SiO<,2>過

5、渡層中自捕獲激子的輻射復(fù)合引起的發(fā)光，排除了來源于SiO<,2>過渡層中的中性氧空位缺陷(O<,3>=Si—Si=O<,3>)的發(fā)光機制，具體分析如下：LiNbO<,3>具有強的光折變效應(yīng)，導(dǎo)致LiNbO<,3>薄膜中形成強的空間電荷場，它能夠誘導(dǎo)在SiO<,2>過渡層界面處積累大量電荷，從而在界面處產(chǎn)生大量的自誘導(dǎo)晶格畸變。當(dāng)SiO<,2>過渡層中受光激發(fā)的激子被畸變的晶格俘獲時，即形成了所謂的自捕獲激子，通過自捕獲激子的輻射復(fù)合，形