第35卷，第7期 2015年7月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 35 ,No. 7 -pp1770-1773
July，2015
磁控共溅射法沉积的硅量子点SiN薄膜的光谱特性
陈小波1，2，杨雯，段良飞，张力元，杨培志1·，宋肇宁
1.云南师范大学可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室，太阳能研究所，云南昆明650500 2，四川文理学院物理与机电工程学院，四川达州635000
3. Department of Phy sics and Astronomy , University of Toledo , Toledo , OH 43606 , USA
摘要采用双极脉冲和射频磁控共溅射沉积法在不同温度的Si(100)衬底和石英衬底上制备了富硅SiN 薄膜。在氮气氛中，于1050℃下采用快速光热退火热处理，获得了包含硅量子点的SiN，薄膜。采用Fou rier变换红外光谱、Raman光谱、掠人射X射线衍射和光致发光光谱对退火后的薄膜样品进行了表征。结果显示：Fourier变换红外光谱中出现了富硅Si一N键，表明薄膜为富硅SiN，薄膜；当衬底温度不低于200℃ 时，薄膜样品的拉曼光谱中出现了硅纳米晶的Si一Si振动横光学模，掠人射X射线衍射中出现了明显的Si(111)和Si(311)的衍射峰，证实了硅量子点的形成；发现存在一最佳衬底温度（300℃），该条件下获得的硅量子点的数量和晶化率最高；衬底温度为300和400℃的样品的光致发光光谱中均有3个可见荧光峰，结合拉曼光谱结果，用纳米晶硅的量子限域效应和辐射复合缺陷态对荧光峰进行了合理解释；由光致发光光谱计算出的衬底温度为300和400℃的样品的硅量子点平均尺寸分别为3.5和3.4nm。这些结果有助于优化
含硅量子点的SiN，薄膜的制备参数，在硅基光电子器件的应用方面有重要意义。关键词Si量子点；SiN.薄膜；磁控溅射；光致发光
中图分类号：0484.5
引言
文献标识码：A
DOI : 10, 3964 /j. issn. 1000-0593(2015 )07-1770-04
磁控共溅射流积富硅SN，薄膜过程中的衬底温度对薄膜的结构和发光性能影响的报道。
本文采用双极脉冲和射频磁控共溅射沉积法在不同的衬
硅的间接带隙特性限制了其在光电子器件中的应用。然而镶嵌有硅量子点的绝缘基质薄膜材料，可通过调节量子点尺寸而调控其带隙“，因此在光电子器件中有良好的应用前景。其中，研究得较多的是氧化硅基质和氮化硅基质的硅量子点薄膜。相比于氧化硅基质，氮化硅具有相对较低的势垒，更有利于载流子的隧穿输运。因此，含硅量子点的SiN. 薄膜被认为是制备硅基光电子器件11-3的优秀候选材料。制备硅量子点薄膜的主要方法有：化学气相沉积"]、离子注入和磁控溅射等。研究发现，采用不同制备方法得到的硅量子点薄膜的微结构和室温光致发光性能存在很大的差异]。因此有必要对各工艺制备的富硅SiN，薄膜的结构和光致发光性能进行深人的研究。磁控溅射流积法作为一种成本低、稳定性好、适合于大面积薄膜的制备方法，已获得广泛应用。在磁控溅射沉积过程中，衬底温度对薄膜结构和性能有很大的影响。然而，迄今为止，还未见针对脉冲和射频
收稿日期：2014-04-03，修订日期：2014-07-15
底温度下制备了富硅SiN.单层薄膜，并通过快速光热退火处理凝析出硅量子点。采用Raman光谱，掠入射X射线衍射(grazing incident X-ray diffraction, GIXRD), Fourier 变换红外（Fouriertransforminfrared，FTIR）光谱和光致发光（pho-toluminescence，PL)光谱对薄膜的微结构和发光特性进行了研究。
1实验部分
在JCP-450型磁控溅射系统中采用磁控共溅射技术，采用Si(100)和石英片作为衬底生长SiN，薄膜。其中石英衬底上的薄膜样品用于Raman光谱的测试，单晶硅衬底上的薄膜用于FTIR光谱、GIXRD谱和PL光谱的测试。镀膜前，先将溅射腔室的真空度抽至5×10-Pa以下，通入高纯Ar 至工作气压2.9X10-1Pa，Si靶和SiN4靶分别接双极脉冲
作者简介：陈小波，1982年生，云南师范大学太阳能研究所博士研究生
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