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《激光熔蒸制备纳米硅微粒的raman分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第44卷增刊厦门大学学报(自然科学版)Vol.44Sup.2005年6月JournalofXiamenUniversity(NaturalScience)Jun.2005激光熔蒸制备纳米硅微粒的Raman分析113122谢可,陈松岩,林华传,张芹,黄传敬(1.厦门大学物理学系,2.厦门大学化学系,福建厦门361005)摘要:以流动气体(N2,Ar2)作为反应环境,利用开放式激光熔蒸系统,通过改变制备参数:熔蒸激光强度,流动气体种类及其流速,激光熔蒸时间,制备出一系列纳米硅样品.利用Raman光谱对在不同参数下所得到的样
2、品表面形貌进行分析,可以看出,激光强度对生成的样品表面形貌有最直接的影响,并决定生成粒子的大小,而流动气体的种类则影响着沉积粒子的分布及其大小.流动的气体防止生成的纳米硅在开放系统中被氧化,而激光熔蒸时间对样品表面形貌的作用则表现的不是很明显.关键词:纳米硅;拉曼散射光谱;激光熔蒸中图分类号:O657.37文献标识码:A文章编号:043820479(2005)Sup20330204实现硅基材料发光已经成为一个研究热点,自响,并结合相关Raman谱的对比,探讨了这些系统参1991年来,先后有数篇相关报道出现在《Natur
3、e》和数在制备过程中的作用.[1,2]《Science》杂志,而在所有的实现方法中,利用纳米硅材料实现硅基发光已经成为研究的一个重要方向.1实验理论上已证明,当Si纳米晶粒尺寸减小到3nm本实验在原有的激光熔蒸系统的基础上进行了改以下的时候,会产生显著的量子限制效应,并出现强的进,采用开放式的反应腔设计,并将熔蒸的单晶硅靶同[3]光致发光特性.因此,人们利用包括离子注入,电化时作为沉淀纳米硅的单晶硅衬底(图1).其中作为靶[4][5]学刻蚀,激光熔蒸沉积(PLD)等技术在内的各种材的单晶n型Si片为<100>面,电阻率
4、7～12Ω·方法不断探讨如何制备尺寸更小的纳米硅粒子.在这cm,高纯N2和Ar2气的流量由气体流量剂进行控制.些制备方法当中,激光熔蒸沉积属于“干法”制备,最可激光器为美国光谱物理公司(Spectra2Physics)的能和现有硅工艺技术兼容,因此得到了长足的发展.在DCR211型Nd:YAG激光器,波长为532nm,脉宽[5]前人的工作中,Werwa等人利用在惰性气体中的激7ns,激光束通过长焦距透镜的聚焦,作用在样品表面光灼蚀技术得到了最小尺寸在2nm左右的纳米硅晶278的面积约为0.02cm,平均功率密度在10～
5、10W/[6]微粒,而ToshiharuMakino等人还利用这种技术制2cm.实验中,通过调节激光器系统参数,选择两种不备的纳米硅做出了电致发光二极管.同的激光功率P1,P2进行样品制备,其中激光强度P2传统的激光熔蒸系统(PLD)一般采用在真空系统大于P1.Raman谱的测试仪器为Renishow1000,使或具有恒定N2(Ar2,He2)气体的氛围中熔蒸生成纳米硅,而在我们以前的工作中,通过自行设计的开放式PLD系统,在激光熔蒸的过程中引入流动气体进行纳米硅的制备,并在制备的样品中观察到很强的光致发光现象.本文在
6、原有设计的PLD系统的基础上,通过利用Raman光谱对制备样品表面进行粒子分布的分析,进一步研究了熔蒸激光强度,激光熔蒸时间,流动气体的种类及气体流速对最终形成纳米硅粒子的影图1脉冲激光沉积设备示意图收稿日期:20052032011激光器,2焦透镜,3可换靶材的支架,4硅片,基金项目:国家自然科学重点基金(60336010),福建省自然科学基5气源,6玻璃反应室金(A0410008)资助Fig.1Schematicdiagramofexperimentalapparatusfor作者简介:谢可(1979-),男,硕士研
7、究生.pulsedlaserdeposition3通讯作者:sychen@jingxian.xmu.edu.cn,Tel:0592-2184970增刊谢可等:激光熔蒸制备纳米硅微粒的Raman分析·331·激光强度P1或者P2的情况下,都可以在样品表面找到明显的纳米硅微粒子,对于激光强度P2时制备的样品,样品表面A区(图3(b)A曲线)的纳米硅粒子,通过其峰位的频移,可利用声子限制模型的经验公式d1/2=2π(B/△ω)计算出粒子的大概尺寸在2nm左右.当激光强度变为P1时,制备所得样品上A区(图3(a)A曲线)出现的
8、显著拉曼谱红移现象消失,而出现了很(a)制备样品的测量分区图(b)具体样品的分区对照弱的频移.通过对测量位置形貌的观察,可以发现,当图2样品的不同测量分区图示激光强度为P2时,紧临熔蒸点的边上出现了清晰的多Fig.2Pictureofdifferentmeasuredregionsforsamples[7]孔区(图2(b)A).K
