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本文对氧化锌(ZnO)、掺锰富硅氧化硅(SiO2:Si:Mn2+)以及掺银氧化硅(SiO2:Ag)体系进行了初步的研究。这些体系分别涉及硅基半导体薄膜发光、离子发光中心掺杂以及金属纳米颗粒表面等离激元对材料发光的增强和调制。主要结论如下:
(1)对常温磁控溅射的氧化锌薄膜进行了退火以补充溅射中损失的氧元素和使薄膜优化结晶,并获得了光致发光的最佳热处理条件和衬底条件;通过研究样品在不同入射光功率密度下和不同温度下的光致发光谱,结果表明,入射光在高功率密度下更加有利于薄膜的带边发光;在低温下样品的光致、电致发光都会大大增强,其中光致发光谱会出现明显的激子峰,其带边峰的位置也会随温度降低而监移。我们对这些现象给出了解释。
(2)对氧化锌薄膜的ITO/n-ZnO/p+-Si/Al以及ITO/SiO2/n-ZnO/p+-Si/Al结构器件的电致发光作了较系统的研究。由于常温磁控溅射的氧化锌薄膜是一种多晶状态,具内部存在大量的点缺陷和晶界等面缺陷,容易产生缺陷发光以及非辐射复合;另外由于空间电荷限制效应导致载流子注入不甲衡,普通的n-ZnO/p+-Si异质结难以实现强烈的紫外辐射。
(3)在n+硅衬底上用磁控溅射和热扩散的方法制得了:Mn2+活化的富硅二氧化硅薄膜。Au/SiO2:Si:Mn2+/n+-Si/AuSb结构的器件在低反偏电压下观测到了很宽的电致发光谱,研究表明该光谱来源于Mn2+以及富硅氧化硅中的缺陷发光中心:Mn2+发光中心是通过热电子来激发的。
(4)观察到ITO/SiO2:Ag/p-Si/Al结构中纳米银颗粒对介质薄膜电致发光谱的增强以及对峰位的调制现象,研究表明,光谱的移动和增强是由于金属纳米颗粒表面的等离激元与介质中的发光偶极子耦合共振引起的。