用ECRCVD法制备的纳米碳化硅薄膜及其室温下的强光发射.pdf

《用ECRCVD法制备的纳米碳化硅薄膜及其室温下的强光发射.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第23卷第3期半导体学报Vol.23，No.32002年3月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSMar.，2002!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!用ECRCVD法制备的纳米碳化硅薄膜及其室温下的强光发射"余明斌杨安余宁梅马剑平（西安理工大学应用电子工程系，西安710048）摘要：用电子回旋共振化学气相沉积（ECRCVD）方法制备了纳米碳化硅薄膜.实验中发现：在高氢稀释反应气体和高微波功率条件下，可以得到结构上具有纳米碳化硅晶粒镶嵌在碳化硅无序网络中的薄膜.用高分辩透射电子显微镜

2、、傅里叶红外吸收谱、Raman散射和X射线光电子谱等分析手段对薄膜的结构进行了分析.在室温条件下，薄膜能够发出强烈的短波长可见光，发光峰位于能量为2.64eV处.瞬态光谱研究表明样品的光致发光寿命为纳秒数量级，表现出直接跃迁复合的特征.这种材料有希望在大面积平面显示器件中得到应用.关键词：纳米；碳化硅；薄膜；光致发光PACC：6146；7855；8105中图分类号：TN304.2+4文献标识码：A文章编号：0253-417（72002）03-0280-05射［14，15］.因机械性能方面的缺陷，多孔碳化硅在应1引言用上面临着与多孔硅相同的困难.如果能够制备出结构上与纳米硅相类似的纳米碳化硅

3、薄膜，结合碳由于纳米半导体材料在光电子器件方面具有潜化硅的宽禁带特征和量子限制效应的作用，很有可在的应用前景［1，2］，这方面的研究引起了充分的重能得到高效率的短波长可见光发射.在国内已有用视.近年来，研究者使用诸如溅射、激光化学气相沉高剂量碳离子注入单晶硅，退火后形成纳米碳化硅的报道［16］，我们也报道过用热丝化学气相沉积方法积、离子注入和等离子增强化学气相沉积等方法，制备了在二氧化硅和氮化硅中镶嵌有纳米硅晶粒的薄制备纳米碳化硅薄膜及其室温光致发光现象［17］.为膜［3~6］，并得到了由于纳米硅晶粒的量子尺寸效应了得到更高强度的光致发光，我们选用电子回旋共而产生的可见光发射.除此之外，也

4、有结构上与纳米振化学汽相沉积方法（ECRCVD）探索制备纳米碳化硅薄膜相似的在二氧化硅和其它无序网络中镶嵌有硅薄膜.由于ECRCVD方法具有优良的等离子特性，碳、锗、砷化镓、氮化镓和金刚石纳米晶粒的薄膜等比如等离子体具有高离子浓度、高电子温度和可以方面的报道［7~11］分别控制等离子体的电离度及离子的能量等优点，.作为宽禁带半导体材料，碳化硅在低温条件下这种方法是制备高成核密度薄膜的有效手段.有较弱的蓝光发射，已有用这种材料制备出蓝光二极管的报道［12］.但由于碳化硅是间接带隙半导体，2实验这种光二极管的发光效率很低［13］.为了提高碳化硅的发光效率，有研究者用类似于制备多孔硅的方法，纳米

5、碳化硅薄膜是用电子回旋共振化学气相沉用6H-SiC衬底和碳离子注入单晶硅衬底后形成的积方法、用高纯甲烷（CH4）和10%高纯氢稀释的硅碳化硅薄层制备出了多孔碳化硅，并得到了蓝光发烷（SiH4）作为反应气体在（100）晶向的硅衬底和"国家自然科学基金资助项目（批准号：69776008）余明斌男，1959年出生，教授，主要研究方向为纳米半导体材料及器件应用.2001-04-24收到，2001-08-13定稿#c2002中国电子学会3期余明斌等：用ECRCVD法制备的纳米碳化硅薄膜及其室温下的强光发射2817059玻璃衬底上制备的.薄膜生长的工艺条件是，频率为2.45GHz的微波功率源的输出功率

6、选定为850W，反应室的气压为1.33Pa，反应气体的流量比为H21CH41SiH4=10012110.用较高的微波功率和高氢稀释比的反应气体能够提高薄膜的成核密度.在薄膜生长过程中衬底没有加热，微波等离子体没有引起衬底明显的温度升高.用JEM-2010FEG-TEM型高分辨电子显微镜观察薄膜的微结构.用X射线光电子谱仪、傅里叶变换红外光谱仪（PerkinEiemer2000型）和Raman光散射谱仪对薄膜的特性进行了分析测试.光致发光谱是用以Ar+激光器的351nm线为激发光、DigikromDK242型0.25m双光栅单色仪和Hamamatsu光电倍增管构成的室温光致发光测试系统得到的

7、.在时间分辨光谱中，用Spectra-Physics的蓝宝石锁模激光器的800nm线二倍频得到的波长为400nm、脉冲宽度为2ps、重复频率为82MHz的光作为激发光，光栅为Chromax0.25m光栅单色仪，用HamamatsuC4334条纹相机记录信号.整个系统的时间分辨率是20ps.图1（a）样品的HRTEM照片；（b）薄膜的选区电子衍射照片!结果和讨论Fig.1（a）HRTEMpictureofthesampie