si及zno纳米晶制备新方法及其发光性能的研究

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1、摘要摘要本论文分别采用了反应溅射法和热活性法两种途径制备Si纳米晶，对其光致发光性能、微观组织、相结构和表面价键进行了分析，并对纳米晶的发光机理进行研究。同时，利用反应溅射法制各ZnO纳米晶，对其晶粒生长模型，以及发光性能进行了研究。研究发现，利用Si02靶与A1靶反应溅射的方法可以制备晶粒尺寸细小、发光性能良好的Si纳米晶。本实验采用的是高功率溅射，因此落到衬底上的Si、A1、O粒子具有很大的动能，促使Al和Si02在常温下就可以进行如下氧化还原反应：4A1+3Si02—3Si+2Ah03。同时，还使得溅射过程中形成的Si聚集，并结晶

2、、长大。实验结果表明，反应溅射得到了A1203壳包覆的Si纳米晶，并观察到纯的紫外发射，经分析是源于Si纳米晶的量子限制效应。其中，A1203壳不仅限制了Si纳米晶的晶粒尺寸，同时还防止纳米晶被氧化，为si纳米晶提供了理想的钝化层。AVSi02界面是不稳定的，当对其加热到一定温度时，Al与Si02将会发生氧化还原反应。本实验利用此特性，分别对A1／Si02复合膜、Si02／A1／Si02三明治薄膜退火，得到了包埋于Si02基体中的Si纳米晶。本系统通过控制薄膜中Al原子的空间分布，使Si纳米晶的空间分布得到很好地控制。同时，Al原子量对

3、薄膜中的Si纳米晶的晶粒尺寸也起到了限制作用。当Al含量较少时，薄膜中形成的Si原子也较少，则形成晶粒尺寸细小的Si纳米晶。利用Si02靶与Zn靶反应溅射的方法制备包埋于Si02基体中的ZnO纳米晶。由于Zn原子的还原性远大于Si离子，溅射时Zn原子将会优先与O离子结合形成了ZnO分子，并最终形成ZnO纳米晶。同时，实验中还观察到强的紫外发射，及可见光发射，它们分别源于ZnO与Si02界面态和纵向光学声子的复合。关键词：Si纳米晶ZnO纳米晶磁控溅射光致发光ABSTRACTABSTRACTInthisthesis，Sinanocryst

4、alswereobtainedbyreactivesputteringandthermalactivatedreaction，anditsphotoluminescenceproperties，microstructure，phases咖ctureandsurfacebondstructureweremeasuredandanalyzed．Moreover,ZnOnanocrystalswerepreparedbyreactivesputtering；thephotoluminescencepropertiesandgrowthmode

5、lofZnOnanocrystalwereanalyzed．Ultra-fmeSinanocrystalswithcompactA1203shellwerepreparedbyusingreactivesputteringofSi02andA1targets．OwingtothehighRFpowerofSi02target，SiionsandSiatomshavecertainmotility，therefore，reaction，4A1+3S102_3Si+2A1203，Canrealizeatroomtemperature．The

6、aggregatedSiatomsCanovercomethebarrierenergyfornucleationandarrangeintheformofnanocrystal．Intheexperiment，thepureUVPLpeakWasobservedandtheemissionenergyoriginates舶mthequantumconfinementeffectofSinanocrystals．Meanwhile，acompactA1203shellretardsthegrowthofSinanocrystalsand

7、providesidealpassivationonthesurfaceSinanocrystals．Earlyworkssuggestedthatthethermaltreatmentabove300oCcouldleadtothefollowingthereaction：4A1+3S102—啼3Si+2A1203．Inthisthesis，thes仃uctIlreofSinanocrystalsembeddedinamorphousSi02matrixWaspreparedbyannealingtheA1／Si02composite

8、filmandthesandwich-structured丘lm．ThesizeofSinanocrystalsdecreasesslightlywiththereductionofAlcontent．Th