磁控共溅射法沉积的硅量子点sin x薄膜的光谱特性

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------磁控共溅射法沉积的硅量子点SiN+x薄膜的光谱特性第３５卷，第７期光谱学与光谱分析２０１５年７月SpectroscopyandSpectralAnalysisVol.３５，No.７，pp１７７０‐１７７３July，２０１５　磁控共溅射法沉积的硅量子点SiNx薄膜的光谱特性陈小波１，２，杨　雯１，段良飞１，张力元１，杨培志１*，宋肇宁３１．云南师范大学可再生能源材料先进技术与制备教育部重点

2、实验室，太阳能研究所，云南昆明　６５０５００２．四川文理学院物理与机电工程学院，四川达州　６３５０００３．DepartmentofPhysicsandAstronomy，UniversityofToledo，Toledo，OH４３６０６，USA摘　要　采用双极脉冲和射频磁控共溅射沉积法在不同温度的Si（１００）衬底和石英衬底上制备了富硅SiNx薄膜。在氮气氛中，于１０５０℃下采用快速光热退火热处理，获得了包含硅量子点的SiNx薄膜。采用Fou‐rier变换红外光谱、Raman光谱、掠入射X射线衍射和光致发光光谱对退火后的薄膜样品进行了表征。结果显示：Fourier变换红外光谱

3、中出现了富硅Si—N键，表明薄膜为富硅SiNx薄膜；当衬底温度不低于２００℃时，薄膜样品的拉曼光谱中出现了——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------硅纳米晶的Si—Si振动横光学模，掠入射X射线衍射中出现了明显的Si（１１１）和Si（３１１）的衍射峰，证实了硅量子点的形成；发现存在一最佳衬底温度（３００℃），该条件下获得的硅量子点的数量和晶化率最高；衬底

4、温度为３００和４００℃的样品的光致发光光谱中均有３个可见荧光峰，结合拉曼光谱结果，用纳米晶硅的量子限域效应和辐射复合缺陷态对荧光峰进行了合理解释；由光致发光光谱计算出的衬底温度为３００和４００℃的样品的硅量子点平均尺寸分别为３.５和３.４nm。这些结果有助于优化含硅量子点的SiNx薄膜的制备参数，在硅基光电子器件的应用方面有重要意义。关键词　Si量子点；SiNx薄膜；磁控溅射；光致发光中图分类号：O４８４.５　　文献标识码：ADOI：１０.３９６４／j.issn.１０００‐０５９３（２０１５）０７‐１７７０‐０４磁控共溅射沉积富硅SiNx薄膜过程中的衬底温度对薄膜的结构和发光

5、性能影响的报道。本文采用双极脉冲和射频磁控共溅射沉积法在不同的衬　　硅的间接带隙特性限制了其在光电子器件中的应用。然而镶嵌有硅量子点的绝缘基质薄膜材料，可通过调节量子点尺寸而调控其带隙［１］，因此在光电子器件中有良好的应用前景。其中，研究得较多的是氧化硅基质和氮化硅基质的硅量子点薄膜。相比于氧化硅基质，氮化硅具有相对较低的势垒，更有利于载流子的隧穿输运。因此，含硅量子点的SiNx薄膜被认为是制备硅基光电子器件［１‐３］的——————————————————————————————————————-----------------------------------------

6、-------------------------------------------------------优秀候选材料。制备硅量子点薄膜的主要方法有：化学气相沉积［４］、离子注入［５］和磁控溅射［６］等。研究发现，采用不同制备方法得到的硅量子点薄膜的微结构和室温光致发光性能存在很大的差异［４］。因此有必要对各工艺制备的富硅SiNx薄膜的结构和光致发光性能进行深入的研究。磁控溅射沉积法作为一种成本低、稳定性好、适合于大面积薄膜的制备方法，已获得广泛应用。在磁控溅射沉积过程中，衬底温度对薄膜结构和性能有很大的影响。然而，迄今为止，还未见针对脉冲和射频　收稿日期：２０１４‐０４

7、‐０３，修订日期：２０１４‐０７‐１５　基金项目：国家自然科学基金项目（５１３６２０３１，U１０３７６０４），四川省教育厅资助科研项目（１５ZB０３１７）资助　作者简介：陈小波，１９８２年生，云南师范大学太阳能研究所博士研究生　　e‐mail：chenxbok＠１２６.com*通讯联系人　　e‐mail：pzhyang＠hotmail.com引　言底温度下制备了富硅SiNx单层薄膜，并通过快速光热退火处理凝析出硅量子点。采用Raman光谱，掠入射X射线衍射（grazingincidentX‐raydif