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《纳米Si镶嵌SiO2薄膜的发光与非线性光学特性的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第27卷第2期半导体学报Vol.27No.22006年2月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSFeb.,2006纳米Si镶嵌SiO2薄膜的发光与非线性3光学特性的应用1,•12郭亨群林赏心王启明(1华侨大学,泉州362021)(2中国科学院半导体研究所,北京100083)摘要:采用射频磁控溅射技术和热退火处理制备了纳米Si镶嵌SiO2薄膜,在室温下观察到光致发光现象,峰值分别位于360,430和835nm,结合吸收谱、光致发光激发谱和X射线衍射分析讨论了发光机理.利用纳米Si镶嵌SiO2薄膜的非线性光学特性可作为可饱和吸收体,在Nd∶YAG激光
2、器中实现被动调Q运转.关键词:磁控溅射;纳米Si;光致发光;被动调QPACC:7855;4265中图分类号:O469文献标识码:A文章编号:025324177(2006)0220345205-4到200℃两种条件,溅射室本底真空度为6×10Pa,1引言溅射氩气压为311Pa,溅射功率为300W.用高纯Si2SiO2复合靶,改变Si片面积与靶的总面积的比例得[1]2000年,Pavesi等采用高剂量Si注入SiO2到含硅量不同的样品.采用氮气氛中退火和真空退火膜,经1100℃高温退火,在SiO2基质中形成纳米Si两种方法,通过高温退火使Si进入SiO2网络中,生成的有序
3、分布,在紫外光泵浦下,首次观察到光增益.均匀分布的纳米Si.在管式炉中氮气保护下退火温度[2][3]分别为其他研究人员采用PECVD和射频磁控溅射等900,1000和1100℃,真空退火温度分别为方法制备纳米Si镶嵌SiO2薄膜,对其光致发光和600,700和800℃,退火时间均为30min.电致发光特性进行研究,寻求实现Si的高效发光与采用Burker公司生产的D8Advance型X射受激发射的途径.镶嵌在介质中的半导体颗粒受到线衍射仪(λ=01251nm)对样品进行XRD分析.PL介质势垒的限域作用,三阶非线性系数大,在光开关和PLE谱在Varian公司生产的Ca
4、ryEclipse荧光和光逻辑元件等领域具有广阔的应用前景,近年来分光光度计上测得.用Unico公司的UV22102PCS[4,5]扫描型紫外2可见分光光度计测量吸收谱对Si基材料的非线性光学特性也开展了研究..所有测试本文利用Si2SiO2复合靶,用射频磁控溅射技术和热均在室温下进行.调Q实验装置如图1所示,选用退火处理制备纳米Si镶嵌SiO2薄膜,在室温下观察Nd∶YAG激光器的1106μm激光,激光器的工作到峰值分别位于360,430和835nm的光致发光(PL)重复率为每秒1次,调节激光的泵浦光源脉冲氙灯峰,结合吸收谱、光致发光激发谱(PLE)和X射线衍的电压
5、来控制输入激光能量.实验中,由平面镜M2射(XRD)实验对其发光机理进行了讨论.在研究Si和全反射凹面镜M1构成平凹腔,M2的透过率为基材料的非线性光学特性的基础上,首次采用纳米Si40%,M1的曲率半径为3m,将沉积在石英衬底上镶嵌SiO2薄膜作为可饱和吸收体,在脉冲式Nd∶YAG激光器中进行被动调Q实验,获得了脉宽为20ns、输出能量为20mJ的调Q光脉冲输出.2实验图1Nd∶YAG激光调Q实验装置Fig.1ExperimentalsetupforNd∶YAGlaserQ2采用射频磁控溅射方法在p型Si衬底和石英衬switching底上沉积富硅二氧化硅薄膜,选择衬
6、底不加热或加热3国家自然科学基金重点资助项目(批准号:60336010)•通信作者.Email:hqguo@hqu.edu.cn2005208218收到n2006中国电子学会346半导体学报第27卷的样品A放在激光器谐振腔中,输出激光由In2GaAsPIN探测器接收并输入到TektronixTDS3032B数字存储示波器上存储和显示.3结果与分析从XRD实验结果可知,600和700℃退火样品的XRD图无明显的衍射特征峰出现,为非晶结构.800℃以上退火的样品有晶态衍射峰.图2是800℃退火薄膜的XRD谱图,根据Scherrer公式计算得到Si纳米晶粒的平均尺寸为3nm
7、.热退火处理是一图3激发光波长510nm时不同温度退火样品的PL谱种常用的使非晶态薄膜晶化的方法,通过外界传递Fig.3PLspectraofsamplesafterannealingatdif2给系统能量,达到一定温度时能量聚集使非晶Si开ferenttemperaturesunderexcitationof510nm始固相晶化,发生非晶态向纳米相的转变,逐渐形成[6]纳米Si镶嵌在SiO2中的结构形态.Zhu研究了纳米Si镶嵌SiO2薄膜,认为退火温度高于800℃时,硅晶化部分急剧增加,纳米Si和SiO2之间形成较陡的界面.图4激发光波长265n
