Si基納米薄膜材料發(fā)光和非線性研究.pdf

1、硅基光電子集成的關(guān)鍵是硅基發(fā)光材料和硅基光源器件。近十幾年來(lái)，摻餌硅被認(rèn)為是獲得硅基高效發(fā)光的最有希望的途徑之一。Er3+離子從第一激發(fā)態(tài) 躍遷到基態(tài)時(shí)發(fā)射能量為0.8ev的光子，相應(yīng)的波長(zhǎng)為1.54um。這是一個(gè)十分重要的通訊波長(zhǎng)，此波長(zhǎng)對(duì)于光纖通訊用石英光纖具有最小的光吸收，在光通訊技術(shù)的發(fā)展中起了巨大的作用。同時(shí)半導(dǎo)體材料具有大的非線性系數(shù)也是器件必須具備的非常重要的優(yōu)良性能之一。非線性光學(xué)材料在光開關(guān)、光存儲(chǔ)、光處理等實(shí)際應(yīng)用中

2、具有廣闊的前景。
　　 本文主要研究了射頻（RF）磁控反應(yīng)濺射法制備的SiOx:Er薄膜材料和摻餌富硅SiNx薄膜材料的結(jié)構(gòu)、光致發(fā)光特性，利用射頻磁控反應(yīng)濺射法沉積的nc-Si/SiNx多量子阱薄膜材料的結(jié)構(gòu)及其非線性光學(xué)特性和應(yīng)用研究。
　　 研究了不同退火溫度和時(shí)間下樣品的紅外PL譜，得到Er2O3/Si比為1:1時(shí)，1100℃下20min退火為樣品的最佳退火條件；測(cè)量了不同Er2O3/Si比例的樣品1000℃下的

3、紅外PL譜，發(fā)現(xiàn)Er2O3/Si為1:3時(shí)，樣品的PL強(qiáng)度最強(qiáng)。對(duì)其發(fā)光機(jī)理進(jìn)行了探討，認(rèn)為SiOx:Er薄膜中PL的光激發(fā)過(guò)程主要發(fā)生在納米硅中，通過(guò)納米晶硅傳遞給Er3+離子能量，Er3+離子獲得能量后發(fā)出波長(zhǎng)在1.53μm附近的發(fā)光。對(duì)摻餌富硅SiNx薄膜材料進(jìn)行可見和紅外光致發(fā)光測(cè)試。認(rèn)為可見PL譜產(chǎn)生是由nc-Si發(fā)光和Er3+離子發(fā)光及表面態(tài)共同作用的結(jié)果。對(duì)樣品紅外PL譜產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行探討，認(rèn)為紅外PL譜激發(fā)是通過(guò)SiNx

4、網(wǎng)絡(luò)吸收能量，能量從SiNx網(wǎng)絡(luò)傳遞到Er3+離子的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程，而nc-Si和Er3+離子之間的能量轉(zhuǎn)移是模糊的，需要更多的試驗(yàn)來(lái)證明這些機(jī)理。
　　 對(duì)非線性研究，我們?cè)O(shè)計(jì)、制備、和測(cè)試了RF磁控反應(yīng)濺射沉積的nc-Si/SiNx多量子阱薄膜。此薄膜由a-Si層和a-SiNx層交替而成。Z掃描測(cè)試表明，樣品的非線性折射率為負(fù)值，非線性吸收屬于雙光子吸收。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得材料三階非線性極化率為7.50×10-8esu，該值比體