非晶SiOxNy薄膜的发光特性研究.pdf

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1、制造技术／工艺装备现代制造工程2010年第5期非晶SiOxNy薄膜的发光特性研究‘徐小华，李群，游泳，刘义保(东华理工大学物理系，抚州344000)摘要：采用双离子束溅射沉积法制备SiO，N，复合非晶薄膜，傅里叶变换红外光谱(FTIR)及x射线衍射谱(XPS)测试表明，薄膜成分由Si、O、N元素组成，在室温下可观察到样品有波长为400am(紫光)、470nto(蓝光)的光致发光。根据测试结果分析研究SiO，N，薄膜的可能发光机理：波长为470nm处发光峰来自于硅基薄膜中中性氧空位缺陷(0：；Si．Si；0：)，是由于氧原子配位的二价硅的单态一单态之间的跃迁

2、所致，其发光强度随退火温度的升高而变化，800。C时最大，高于8000C时慢慢减弱；波长为40011111发光峰的发射与薄膜中的Si、0、N元素所形成的结构有关，它可能来自于Si、O、N元素结构所形成的发光中心，该峰位的强度随退火温度的升高而增强。关键词：非晶；薄膜；光致发光中图分类号：TN304；055文献标识码：A文章编号：1671—3133(2010)05删3--04LuminescencecharacteristicofamorphousSiOxNvthinfilmXUXiao-hua，LIQua，YOUYong，LIUYi—bao(Departm

3、entofPhysics，EastChinaInstituteofTechnology，Fuzhou344000，Jiangxi，China)Abstract：Thesiliconoxygennitride(SiO。N，)compositeamorphousfilmsa托preparedbydualionbeamsputtering，FFIRandXPSexpressthatthedominantcompositionofthefilmsareelementsofSi，0andN．Twoluminescentbands(at400hmand470nm，re

4、spectively)a托observedatroomtemperaturefromPLspectraofthefilmsandareexplainedbytheirpossiblelumines—centmechanisms．The470nmpeakisusuallyascribedtoneutraloxygenvacancy(02兰Si—Si暑02)andthe400nnlprobablyorigi—naresfromtheluminescencecenterwhichiscompoⅫlofthecomplexstructureofSi，OandN，o

5、ntheotherhand，theirlumines—centintensitywillincreasewithincreasingannealingtemperature．Keywords：amorphous；thinfilm；photoluminescenceO引言硅作为目前最主要的半导体材料，在微电子器件材料领域占有主流地位，硅基光电子集成是当今研究的热点之一。要实现硅基光电子集成，就必须解决硅基材料发光问题，以便与硅基上的波导器件、探测器件，以及电学器件等集成在一起，形成可以进行光和电信号的产生、传输、探测、放大和处理等功能的实用集成器件。但由于硅

6、是间接带隙半导体，电子不能直接由导带底跃迁到价带顶而发出光子，基于动量守恒定理，它只能发射或吸收一个声子，间接跃迁到价带顶，这种间接跃迁的几率非常小，其发光效率比直接带隙的Ⅲ～V族化合物半导体材料Ga、As、In和P等低3—4个数量级，所以硅基材料发光研究进展相当缓慢，硅基材料发光器件成为硅基光电子集成的最大难·2008年教育部科技研究重点资助项目(208067)题，硅基材料发光性质便成为最受关注的研究课题。1990年Canham⋯论述多孔硅在室温下强可见光致发光，在世界范围内引起广泛重视和强烈反响，促进了硅基薄膜发光材料的研究。L．Bins旧1指出：某种

7、新的直接带隙掺杂半导体发光材料可能存在于SiO。X。的体系旧j。对非晶SiO。N，薄膜可见光致发光以及诸如非晶SiN，等硅基合金材料良好光学属性的报道，推动科学工作者对这种新型的Si、O、N化合物硅基发光材料的进一步深入研究旧⋯。氮气的离化率较低，目前大多数文献报道的制备SiO，N，薄膜方法为离子注入法∞圳和化学气相沉积(CVD)法【10-13]，本文尝试采用双离子柬溅射沉积方法制备SiO，N，薄膜，研究分析薄膜的发光特性及可能的发光机制。63现代制造工程2010年第5期制造技术／工艺装备1试验样品的制备与测试1．1样品制备本文采用双离子束薄膜沉积系统制备

8、本试验系列薄膜，双离子束中主溅射离子源主要用于引出惰性气体或者掺杂