納米硅發(fā)光材料,納米硅發(fā)光材料的發(fā)展歷史與展望，研究進展，前景
1995年希臘科學(xué)家A.G.Nassiopuoulos等人用高分辨率的紫外線照相技術(shù),各向異性的反應(yīng)離子刻蝕和高溫氧化的后處理工藝,首次在硅平面上刻劃了尺寸小于20nm的硅柱和 硅線的表面結(jié)構(gòu),觀察到了類似于多孔硅的光激發(fā)光現(xiàn)象。如果氫氟酸腐蝕剝?nèi)チ吮砻娴难趸瘜右院?光激發(fā)光現(xiàn)象也隨之消失。所有這些 ,再次雄辯地驗證了量子限制效應(yīng)和表面復(fù)合中心的光激發(fā)光機理模型。同年,德國科學(xué)家T.W.H.Wang等用掃描溝道顯微鏡,把在硅平面上刻劃的硅線寬度減少到5nm,這樣就有可能把現(xiàn)代先進的光刻技術(shù)應(yīng)用于全硅 型光電子集成技術(shù).
當(dāng)前,納米硅 基材料的光激發(fā)光 ,尤其是 電致發(fā)光的效率和發(fā)光強度還比較低,全硅型的光電集成工藝技術(shù)尚未成熟,但是,自從1990年發(fā)現(xiàn)多孔硅發(fā)光現(xiàn)象引起的世界性轟動效應(yīng)以來,納米硅基發(fā)光材料一直是材料科學(xué)研究中備受關(guān)注的熱門領(lǐng)域。對這類材料和器件的研究都已取得了重大進展。
至今,研究熱潮仍然方興未艾。我們相信,對納米硅基材料發(fā)光 機理的研究將從現(xiàn)在共識的定性了解發(fā)展到建立起能夠進行定量或半定量模擬計算的嚴(yán)密的機理模型 ,并應(yīng)用現(xiàn)代先進的硅平面工藝技術(shù) ,建立起成熟的全硅型光電集成工藝 技術(shù)。在不久的將來,這種跨世紀(jì)的發(fā)光材料和集成器件,將應(yīng)用到各個領(lǐng)域 ,進入千家萬戶。
(1)通過改變富硅量、退火條件等，控制氧化硅中硅納米晶的尺寸及密度。文獻認(rèn)為出現(xiàn)硅納米晶的臨界溫度是1000oC，而我們通過試驗確定出現(xiàn)納米晶的臨界退火溫度為900oC。
(2)首次觀察到Au/（Ge/SiO2）超晶格/p-Si結(jié)構(gòu)的電致發(fā)光。右圖出四周期Ge/SiO2超晶格的高分辨電鏡圖。其中亮線為SiO2，厚度為2.0nm，Ge層厚為2.4nm。
(3)在硅襯底上用磁控濺射技術(shù)生長了納米SiO2/Si/SiO2雙勢壘(NDB)單勢阱三明治結(jié)構(gòu),首次實現(xiàn)Au/NDB/p-Si結(jié)構(gòu)的可見電致發(fā)光。發(fā)現(xiàn)電致發(fā)光的峰位、強度隨納米硅層厚度(W)的改變作同步振蕩。進一步試驗和分析證明，振蕩周期等于1/2載流子的deBroglie波長。
(4)首次在用磁控濺射生長的SiO2：Si：Er薄膜的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了波長為1.54μm（光通訊窗口）的Er電致發(fā)光。
(5)在熱處理ITO/自然氧化硅/p-Si中首次獲得低閾值電壓的360nm的紫外電致發(fā)光，是已報道的最短波長的硅基電致發(fā)光。
