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1、第22卷第1期发光学报Vol122No.12001年3月CHINESEJOURNALOFLUMINESCENCEMar.,2001SiC纳米晶须的光致发光研究1,2123张洪涛,徐重阳,许辉,朱长虹(11华中理工大学电子科学与技术系,湖北武汉430074;21湖北工学院电气工程与计算机科学系,湖北武汉430074;31华中理工大学激光研究院,湖北武汉430074)+摘要:纳米碳化硅晶须作为一维半导体,其光学性质一直受到关注。研究结果显示,在Ar激光(51415nm)激发下,纳米碳化硅晶须室温下发出极其强烈的红光,这种发光导致喇曼光散射消失,瑞利弹性散射极度减弱。由于低维半导体的体
2、表面大,对称平移受到一定程度的破坏,应该产生大量的缺陷,其发光也应该是表面发光或缺陷发光。但分析表明这可能是低维半导体碳化硅室温下首次发现的极其稳定的强束缚激子或表面发光现象。对其发光机制给予讨论。并且探讨了合适条件下出现喇曼受激辐射,初步认为喇曼散射截面的增大会促进喇曼受激辐射的产生。关键词:SiC纳米晶须;低维半导体;光致发光;量子效应中图分类号:O47213文献标识码:A文章编号:100027032(2001)0120066205D/max2ⅢB型,透射电子显微镜为Philips2BC121引言型。室温下测量。SiC发光是较早为人们发现的发光现象之[1]3结果与讨论一。人们
3、一直对SiC在集成电路及光电子学领域的应用抱有巨大的希望。然而,SiC作为间接SiC纳米晶须的TEM显微镜照片见图1,全带隙半导体,只在低温下获得它在480nm处的弱部为晶须,其中的三角形或不规则形状晶体为晶蓝色发光[2]。用SiC制备的LED发蓝光的量子须集合体,其直径为2～4nm,长度为40～60nm,效率为1×10-4%,发光效率只有114×10-6lm/较为均匀。它的X射线衍射图如图2所示,峰位[3]很纯,且衍射峰宽化,表明它为结晶良好,纯度极W,这个结果令科学界大为失望。然而纳米晶高的单相β2SiC纳米多晶膜。材料的成功制备却给SiC在光学通信、光电子集成、发光器件和显
4、示器件的应用潜力带来了希望。纳米SiC晶须在紫外光的照射下会发出较强的[4]460nm处的蓝光。但用其他类型或波段的激发光源,使SiC纳米晶须产生发光现象的研究尚+未见报道,今用Ar激光(514nm)激发纳米SiC晶须发出了非常强的红光,以下是这一现象的初步研究结果。2实验用Sol2gel法制备的SiC纳米晶须膜进行激光激发光谱试验。SiC纳米晶须的制备的详细工艺见文献[5],实验测试仪器有RenishawMKE2图1SiC纳米晶须的TEM显微照片+1000光谱仪,激发光源为Ar(带514nm线单色Fig.1TEMmicrophotographofnanorodsSiC.滤光片,
5、这是笔者与英国RenishawCompany总部由于Ar+激光及瑞利散射的高亮度绿光淹技术工程师联系证实的结果);X射线衍射仪为没了红色光谱,但经仔细观察后,可看到红光。收稿日期:2000202202;修订日期:2000208204作者简介:张洪涛(1963-),男,内蒙古固阳人,硕士,主要研究方向为纳米电子学,微电子学与固体电子学。第1期张洪涛,等:SiC纳米晶须的光致发光研究67图3为其光致发光的实验结果。图中从左到SiC纳米晶须发蓝色光结合起来。从制备工艺和右,波长减少,其单位为nm,它的发光谱峰位于测试结果可知,SiC纳米晶须中没有掺入其他杂654193nm处,经多次验证
6、为极强的红光。它的质;退一步讲,即使掺入N原子,但杂质N也不会+[6]强度比514nm处Ar激光的瑞利散射高得多。形成如此波段对应的杂质能级。又因为β2SiC用光功率计测试654193nm处的红光功率,经计属立方结构,Si和C原子的四面体配位也难于使算得到量子效率为20%～40%,发光效率为016N原子进入晶格而代替Si原子或C原子。因此,～019lm/W。不仅如此,在同种光源的某种激发不可能形成N的发光中心。此外,别无其他杂质条件下,除观察到红光,还出现绿色喇曼激光,而掺入晶体形成有效的复合中心。这与化学分析结且强度也很大,这将在随后报道。这一观察结果[5]果是一致的。另外,极
7、高的发光效率也不是间与SiC具有强发光源的功率呈线性增加的趋势,接带隙半导体的发光特征,因此,我们只能从SiC如图4所示。纳米晶须的物理性质来分析其发光机理。图2SiC纳米晶须的X射线衍射图(图中标的1273K是纳米多晶膜的结晶温度)Fig.2X2raydiffractionpatternofnr2SiC.图4SiC纳米晶须发光强度,随激发强度的变化趋势(The1273KisthesinteredtemperatureofmembranesFig.4ThePLintensityo
