掺铒氧化铝硅多层薄膜发光特征的研究

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1、掺铒氧化铝／硅多层薄膜发光特征的研究(申请硕士学位)作者姓名：章新栾专业：微电子学与固体电子学指导老N-施毅教授王军转博士南京大学物理学院二。一一年五月OpticalCharacteristicsofEr-dopedA1203／SiMultilayers(DesireMasterDegree)Author：ZHANGXinluanMajor：MicroelectronicsandSolidStateElectronicsSupervisor：ProfessorSHIYi，PhD．WANGJunzhuanSchoolofPhysics，NanjingUniversityNanjing210

2、093，P．R．ChinaMay，2011—————_㈣南京大学研究生毕业论文中文摘要首页用纸～～毕业论文题目：鳖鱼氢丝垡』壁多屋蓬堪筮迸挂堑的婴宜邀鱼王堂皇固签电王堂专业—20—08级硕士生姓名：童堑銮指昱塾垣(姓名二驱鳌)!旌塑塾拯王至整熊±摘要铒离子内层4f电子的发光波长位于1．541．tm，该波长对应于石英光纤的最小损耗窗口，因此硅基掺铒发光薄膜在光互连和光电集成方面的应用引起了很大的研究兴趣。以纳米晶硅为感光剂来增强铒离子的发光得到广泛的研究，通常需要一个较高的退火温度(>900℃)来生成纳米硅，而且用纳米硅来增强铒离子在氧化铝中发光的相关研究比较少。本论文采用脉冲激光沉积制作

3、了掺铒氧化铝／硅多层薄膜高效发光材料以及器件，在低温退火下得到了纳米晶硅，并利用纳米硅作为感光剂有效地增强了铒离子在氧化铝中的发光。通过对比掺杂铒和未掺杂铒的样品，我们发现由于在PLD淀积过程中产生的高能量的铒原子渗入了硅层，引入了额外的应力，使得纳米硅在低的退火温度下形成。使用拉曼散射、X射线衍射和高分辨率透射电镜对样品的微观结构给予全面的表征，同时也对纳米晶硅的形成给出了强有力的证据。通过光致发光、光致荧光激发谱、时间衰减谱等测量，我们研究了多层膜的光致发光特性。结果表明引入纳米硅作为感光剂，大大地增强了铒离子的发光。最优化的Er3+发光强度在退火温度在600℃左右得到，在更高的退火

4、温度下变弱。退火温度对发光的影响的研究表明，高密度的小尺寸的纳米硅，较小的纳米硅和铒离子的距离，以及Er3+的良好的发光环境是实现优化发光的关键。我们在多层薄膜样品的表面蒸镀了一层银膜，引入表面等离激元进一步增强了铒离子的发光。另外我们用多层薄膜材料制备了MIS结构电致发光器件，掺铒的氧化铝／硅多层薄膜器件在室温下得到了较好的铒电致发光。我们的研究结果表明铒掺杂的氧化铝／硅多层薄膜材料可能成为将来的低功耗的硅基红外发光光源的一个很有应用前景的备选材料。关键词：纳米硅；脉冲激光沉积；铒离子；氧化铝；表面等离激元南京大学物理学院南京大学研究生毕业论文英文摘要首页用纸THESIS：Optica

5、lCharacteristicsofEr-dopedA1203／SimultilayersSPEClALIZATIoN：MicroelectronicsandSolidStateElectronicsPoSTGRADUATE：ZHANGXinluanMENTOR：ProfessorSHIYi，PhD．WANGJunzhuanAbstractThe1．54pmemissionfromtheintra-4ftransitionofErbiumionshasarousedgreatresearchinterestintheapplicationofoptic-electricintegrati

6、ontechnologybecausethatwavelengthisjustattheminimumlosswindowoffibercommunication．Sinano．crystals(Si-NCs)sensitizedEr3+luminescenceinSi02-basedsystemshasbeeninvestigatedsystematically．Usually,ahi曲annealingtemperatureabout900。CorhigherisrequiredtoprepareSi-NCs．AlthoughA1203isalsoanexcellenthostfor

7、Er3+luminescence，thesensitizationofSi-NCsandtheoptimizedconditionsforEr3+luminescenceinA1203wererarelyinvestigatedsystematically．Inthisthesis，Er-dopedA1203／SimultilayerswithSilayerofvariousthicknesseswerefabricatedbypu