自组装硅纳米结构及其光学性质的研究

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1、Y7711372橇重大学硕士学位论文学校代码}10246学号：02202lOl2自组装硅纳米结构及其光学性质的研究院专姓系：光科学与工程系业：光学名：漆乐俊指导老师：陆明教授完成日期t2005年5月11日鼍瓣毒匆垒支公右”，自组装硅纳米结构的制各及硅光学性质的研究摘要论文题目：自组装硅纳米结构及其光学性质的研究复旦态堂堂型堂皇王猩系选堂专业2嫂￡届研究生渣压俊指导老师睦明熬攫摘要纳米世界中纳米颗粒和纳米结构材料表现的奇妙特性，以及他们在光、电、磁和生物化学等各个领域展现的非凡应用前景，激励着人们对这一领域进行更加深入地研究。本文主要包括两部分工作。第一部分工作着重

2、研究了采用离子束溅射方法在硅单晶表面获得量子点阵列的实验条件，并对其产生的机理做了细致地分析。这部分工作的主要内容如下：首先，研究了在束流密度大小为20,uA／cm2的低束流密度正入射的Ar十离子束溅射Si(100)单晶表面后，样品表面的形貌变化。结果发现无论改变Ar+离子能量、溅射的时间抑或是样品表面的温度，溅射后表面形貌均为不规则的纳米点和纳米孔图案。而用同样束流密度大小的离子束对SiOlO)单晶表面溅射，发现当样品表面温度为大于约600"C时，溅射后样品表面形貌为密集的量子点阵列，并且随着溅射时样品表面温度升高，量子点的尺寸会增大。通过对溅射后样品表面粗糙度

3、和样品表面温度关系的分析，我们发现在此低束流密度离子束溅射过程中，Si(100)和Si(110)表面纳米结构的形成过程主要是Ehrlich—Schwoebel(E-s)理论表述的机制，而非对于大束流密度(】OOaA／cm2以上)溅射过程适用的Bradley—Harper(B—H1机制。其次，系统研究了Si(100)表面溅射得到量子点尺寸、样品表面粗糙度和离子束束流密度之间的关系，以及对柬流密度分别为20和380m／cm2的溅射条件下，溅射后样品表面粗糙度和样品表面温度问的变化关系。上述实验结果同样说明，离子束束流密度的大小决定了对于在半导体单晶表面离子溅射致纳米结

4、构形成过程，是B．H机制还是E-S机制为主导。第iii耍白组装硅纳米结构的制各及其光学性质的研究摘要再次，对描述溅射过程的连续性运动方程的数值模拟的结果，和上述的实验结果完全吻合，也进一步证明了上述结论的正确性。本论文的另一部分工作，是利用磁控溅射技术，采用Si和Si02两种靶材共溅射再热处理的方法在光学石英玻璃衬底上制备纳米硅颗粒镶嵌薄膜。并对得到的薄膜光学性质进行了初步的研究，研究表明经过氢钝化处理后的颗粒镶嵌薄膜其光致发光性质得到显著增强。另外，采用Z—scan技术测量了在连续激光束辐照下薄膜的非线性光学性质，发现样品具有较大的光．热致非线性折射率和较强的负

5、透镜效应。关键词：硅，离子束溅射，表面形貌，纳米结构，颗粒镶嵌薄膜，荧光光谱中图分类号：043，0485第iv页自组装硅纳米结构的制各及其光学忖=质的研究摘要论文题目：Studyofself-assembledSinanostrueturesandtheiropticalproperties复旦盔堂造型堂造科堂皇王程系迷苣差专业。—200—5觥渣压俊指导老师睦明数援AbstractAstonishingcharacteristicsofnanostructurematerials，andthegreatapplicationpotentialinPhotonics

6、，Electronics，MagneticsandBio—chemistry,absorbconsiderableresearchinterest．TwomajorpartsofworkaleincludedinthisMasterdegreethesis．Theexperimentstoobtainquantumdotsarrayisstudiedandthecorrespondingmechanismsarecarefullydiscussedinthefirstpart．Thesignificantresultsofthispartalelistedasfo

7、llowing：Firstly,Si(100)surfacemorphologyevolutionundernormal-incidentAr+ionsputteringwithlowionfluxof20pA／cm2isinvestigated．TheAFMimagesofthesputteredsamplesalealwayspatternsofdisorderednanodotsandholesdespiteofthechangeofionenergy,iondoseandsurfacetemperature．Forthesputteringexperime

8、ntsfu