激光诱导单层纳米硅结构的形成及其发光特性

《激光诱导单层纳米硅结构的形成及其发光特性》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!"卷!第#期半!导!体!学!报5678!"!(68#!$$#年#月%&’()*)+,-.(/0,1*)2’%,(3-%4,.*+9:;!!$$#激光诱导单层纳米硅结构的形成及其发光特性"岑展鸿!徐!骏O!李!鑫!李!伟!陈!三!刘艳松!黄信凡!陈坤基"南京大学物理系固体微结构物理国家重点实验室!南京!!P$$[M$摘要!结合激光退火与常规热退火方法对超薄非晶硅层作用!在绝缘衬底上获得了高密度的%均匀的单层纳米硅结构8所得样品通过原子力显微镜%透射电子显微镜和.GKG:散射谱进行表征!证实了晶

2、化过程的发生和纳米硅晶粒的形成8在得到的N:K厚晶化样品中观察到在##$:K左右范围内光致发光峰!初步的分析表明其发光与纳米硅晶粒的形成有关8关键词!纳米硅&激光晶化&光致发光=+CC##PV#&V!#!/&"TNN中图分类号!4(M$V!!!文献标识码!/!!!文章编号!$!NMWVP"""!$$##$#WP$P#W$N缺陷!但一般需要P$$$l以上的高温处理8本文将J!引言以上两种晶化方法相结合!将准分子超短脉冲激光作用于淀积在非晶*H(绝缘膜上的超薄"%M$:K$E随着超大规模集成电路的集

3、成度不断提高!芯单层非晶硅薄膜!通过控制辐照激光能量并结合随片上功能元件的尺寸也要求相应地减小!已到纳米后的常规热退火技术来控制纳米晶粒成核和生长!尺度范围8自从%G:FGK发现多孔硅在室温下的强获得单层高密度的纳米硅材料8研究了不同的激光’P(烈发光后!对于硅基纳电子器件和光电子器件的辐照能量密度和不同的非晶硅厚度的样品对最终形研究引起了人们越来越大的关注!而实现硅基光电成的纳米硅薄膜的影响!发现利用本文的方法能制集成是人们所追求的目标之一8其中最为关键的一备出高密度"6P$PPd!$%横向平

4、均尺寸约P$%?K步是如何采用与当今微电子工艺相兼容的制备方法M$:K的纳米硅量子点阵列8通过一系列的实验对在绝缘衬底上获得高密度的%尺寸可控的纳米硅纳米硅材料的微结构进行了研究!同时!在室温下观":?W*H$阵列8迄今已有许多方法被提出来制备纳米测到了较强的光致可见光发射信号8硅结构8如利用电子束曝光结合反应离子刻蚀直接’!(在硅的体材料上刻出纳米硅颗粒!或在硅衬底上K!实验氧化一层*H,!再把硅离子注入其中!经高温退火!’M(后形成:?W*H晶粒等8但这些方法要么制作成本我们在等离子体增强化

5、学气相淀积"<)%53$昂贵!技术复杂!要么难以对形成的纳米硅尺寸和密系统里通过对硅烷"*H&$的分解来淀积超薄的非晶V度进行有效控制8在我们以前的工作中!提出了一种硅薄膜8V%M$:K厚的非晶硅"GW*Hf&$薄膜被淀新的制备技术!即采用激光退火技术与硅基多层膜积在覆盖了一层非晶*H(膜的石英或者硅衬底上8E结构相结合!通过激光诱导限制性晶化原理使非晶非晶*H(E绝缘层是由<)%53系统生长!厚度为硅层发生由非晶态到晶态的晶化转变!制备出尺寸M$:K!在激光辐照过程中起着热绝缘层%缓冲层作可控

6、!均匀的纳米硅基多层结构!并且在室温下观察用8非晶硅薄膜生长过程中!使用的射频频率为’V!N(到了强的可见光发射现象8PMYN#2&^!射频功率和生长衬底温度分别为M$S准分子超短脉冲激光因其波长短%脉冲短和对和!N$l!而反应腔中的生长气压为!$

7、:A8激光束经过矩形光阑和柱面透镜聚焦来调整常规热退火方法能使GW*Hf&薄膜在晶化过程中应激光的辐照面积后!在空气环境下垂直辐照到样品力得到缓慢释放!从而减少晶化过程中产生的晶体上8本文使用单脉冲晶化!晶化过程中的激光辐照能"国家自然科学基金资助项目"批准号#P$M"V$V[!#$V!NVPV!N$V"!$##$O通信作者8)KGH7#>9:‘9!:>98;C98?:!!$$NWPPWPM收到!!$$#W$PWPT定稿"!$$#中国电子学会第#期岑展鸿等!!激光诱导单层纳米硅结构的形成及其发光

8、特性$!$)量密度可以通过改变激光器的输出功率或者激光的曲线8从图中明显看出只有当激光辐照能量超过一辐照面积来调节8实验采用的激光能量密度从$YV到个阈值时#样品的膜面才会发生变化#产生如此高密!&#’PYV+"?K#激光辐照面积调整到$YM?Kc$YN?K8激光度的突起8根据我们以前的工作#这种突起与晶化退火后#在氮气的保护下#对辐照后的样品进行后形成的:?W*H晶粒有关8这种纳米尺寸突起形成的&#’M$KH:的[$$l常规热退火处理8原因#在我们以前的工作中做了详细的分析8随着3HIH@G7