鉺離子摻雜SiC和ZnO薄膜材料光致熒光特性研究.pdf_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、隨著光纖通信和集成光電子學(xué)的迅速發(fā)展,摻餌光波導(dǎo)放大器已成為了光纖通信與光電子學(xué)領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。Er離子具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì),1.53μm發(fā)光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于石英光纖的最低損耗窗口,并且發(fā)光波長(zhǎng)受外界條件影響很小。這些發(fā)光特性使其在光纖通訊和光電集成領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
  本論文從鉺離子摻雜SiC和ZnO材料入手,研究鉺離子的熒光特性。主要的研究?jī)?nèi)容如下:第一,利用離子注入的方法選擇不同的注入劑量在SiC晶體中注入鉺離子,分析

2、鉺離子在基質(zhì)材料中的分布情況和熒光發(fā)光特性;第二,利用磁控濺射手段制備Er/Yb共摻的ZnO薄膜,研究襯底材料和襯底溫度對(duì)鉺離子的光致發(fā)光性能的影響;取得結(jié)果如下:
  (1)采用離子注入方法,在280KeV的能量下將鉺離子注入到SiC晶體中,注入劑量選擇5×1013、1×1014、5×1014cm-2,在低溫12K下利用熒光光譜儀檢測(cè)到1.23μm附近的尖銳的發(fā)射峰,分析原因是由于鉺離子在4S3/2和4I11/2之間的躍遷導(dǎo)致的

3、,同時(shí)隨著注入劑量的增加,1238nm的熒光發(fā)射強(qiáng)度也在增加,但是達(dá)到一個(gè)閾值后熒光發(fā)射強(qiáng)度增加變得緩慢。同時(shí),在1100nm附近發(fā)現(xiàn)了比較寬的發(fā)射峰,隨著注入劑量增加,峰值增加,這是由于鉺離子的注入造成了晶體的損傷引入了大量的晶體缺陷,引起了SiC的缺陷發(fā)射。
  (2)采用磁控濺射技術(shù)制備Er/Yb共摻的ZnO薄膜,襯底基片選擇SiO2、 MgO和Al2O3。在常溫下檢測(cè)到Er3+在1.53μm附近的熒光發(fā)射,發(fā)現(xiàn)在MgO襯底

4、上制備的薄膜的熒光發(fā)射強(qiáng)度最高,另外兩種襯底材料上的發(fā)光強(qiáng)度相對(duì)接近,這是由于MgO晶體和ZnO晶體存在較小的失配度,在其上沉積的薄膜的晶粒尺寸大,結(jié)晶度好,晶體中的晶格缺陷較少,鉺離子和晶格缺陷發(fā)生能量轉(zhuǎn)移的概率降低,因此,鉺離子在以MgO為襯底生長(zhǎng)的ZnO材料的發(fā)光性能高。
  (3)襯底材料選擇Si和SiO2,濺射時(shí)間為7h,襯底溫度為200℃、400℃、600℃利用磁控濺射方法制備Er/Yb共摻的ZnO薄膜。X射線衍射儀測(cè)

5、試表明,隨著溫度的升高,晶粒的尺寸逐漸增大,晶面間距縮小,晶體的生長(zhǎng)質(zhì)量改善。利用熒光光譜儀測(cè)試在三種溫度下制備的Er/Yb共摻的氧化鋅薄膜的熒光發(fā)光情況,結(jié)果表明隨著沉積薄膜襯底溫度的升高,薄膜晶體質(zhì)量得到改善,晶體中吸收鉺離子技法能量的晶格缺陷減少,促進(jìn)了鉺離子的發(fā)光效率。
  (4)在Si和SiO2襯底材料上濺射薄膜,襯底溫度選擇700和800℃,濺射時(shí)間為1h,發(fā)現(xiàn)鉺離子的熒光光譜在1650nm附近出現(xiàn)了比較寬的發(fā)射峰,這

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