本文關(guān)鍵詞：硅基摻鉺二氧化鈦薄膜的電致發(fā)光

  更多相關(guān)文章： Er摻TiO_2薄膜 硅基 電致發(fā)光 SiO_x Ar等離子體

【摘要】：多年來(lái),基于摻鉺(Er)絕緣體或半導(dǎo)體的發(fā)光器件由于具有光通訊波段的～1540nm的發(fā)光被廣泛研究。作為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料,TiO2已被證明是實(shí)現(xiàn)Er3+離子發(fā)光的合適基體。近年來(lái),利用硅基摻Er的TiO2薄膜(TiO2:Er)的TiO2:Er/p+-Si異質(zhì)結(jié)器件的電致發(fā)光已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。本文通過(guò)對(duì)TiO2:Er薄膜進(jìn)行不同方式的處理,進(jìn)一步地研究TiO2:Er/p+-Si異質(zhì)結(jié)器件的電致發(fā)光及其機(jī)理,取得如下主要結(jié)果：(1)對(duì)比研究了基于550℃、650℃、750℃和850℃熱處理的TiO2：Er薄膜的TiO2:Er/p+-Si異質(zhì)結(jié)器件的電致發(fā)光。在足夠高的正向偏壓(即：p+-Si接正壓)下,基于550℃和650℃熱處理的TiO2:Er薄膜的器件產(chǎn)生與Er3+離子和TiO2基體中氧空位相關(guān)的電致發(fā)光,其中與Er3+離子相關(guān)的發(fā)光是以氧空位為敏化中心的從TiO2基體向Er3+離子傳遞的能量所激發(fā)的；而基于750℃和850℃熱處理的TiO2:Er薄膜的器件則不發(fā)光；在足夠高的反向偏壓下,基于750℃和850℃熱處理的TiO2:Er薄膜的器件產(chǎn)生僅與Er3+離子相關(guān)的電致發(fā)光,它是由熱電子碰撞激發(fā)Er3+離子所致的；而基于550℃和650℃熱處理的TiO2:Er薄膜的器件則不發(fā)光。分析指出：隨著TiO2:Er薄膜的熱處理溫度的提高,在p+-Si和TiO2:Er薄膜之間形成的氧化硅(SiOx,x≤2)層越來(lái)越厚,從而改變了載流子在器件中的輸運(yùn)行為,從而導(dǎo)致不同的電致發(fā)光機(jī)制。(2)對(duì)比研究了經(jīng)過(guò)Ar等離子體處理的和未處理的TiO2薄膜的光致發(fā)光以及基于這兩種TiO2薄膜的TiO2/p+-Si異質(zhì)結(jié)器件的電致發(fā)光。研究發(fā)現(xiàn)：TiO2薄膜經(jīng)過(guò)由工作氣壓為3.5 Pa和放電功率為30 W所產(chǎn)生的Ar等離子處理后,在光致發(fā)光強(qiáng)度上比未處理的TiO2薄膜增加了兩倍以上；并且,在相同電流下基于上述Ar等離子處理的TiO2薄膜的TiO2/p+-Si異質(zhì)結(jié)器件在電致發(fā)光強(qiáng)度上也比基于未處理的TiO2薄膜的器件高出一倍以上。這是由于上述Ar等離子體處理使TiO2薄膜中的氧空位濃度提高,而TiO2的光致和電致發(fā)光都是由氧空位相關(guān)的束縛激子復(fù)合而產(chǎn)生的。(3)對(duì)比研究了Ar等離子體處理的和未處理的TiO2:Er薄膜的光致發(fā)光以及基于這兩種TiO2:Er薄膜的TiO2:Er/p+-Si異質(zhì)結(jié)器件的電致發(fā)光。這里,TiO2：Er薄膜的Ar等離子處理也是在工作氣壓為3.5 Pa和放電功率為30 W的條件下進(jìn)行的。研究發(fā)現(xiàn),TiO2:Er薄膜經(jīng)過(guò)Ar等離子處理后,在光致發(fā)光強(qiáng)度上比未處理的TiO2:Er薄膜增加了一倍以上；并且,在相同電流下基于上述Ar等離子處理的TiO2:Er薄膜的TiO2:Er/p+-Si異質(zhì)結(jié)器件在電致發(fā)光強(qiáng)度上也比基于未處理的TiO2:Er薄膜的器件高出一倍左右。這是由于上述Ar等離子體處理使TiO2:Er薄膜中的氧空位濃度提高,這一方面增強(qiáng)了TiO2基體的與氧空位相關(guān)的發(fā)光,另一方面增強(qiáng)了以氧空位為敏化中心的從TiO2基體向Er3+離子的能量傳遞,從而增強(qiáng)了與Er3+離子相關(guān)的發(fā)光。
【關(guān)鍵詞】：Er摻TiO_2薄膜 硅基 電致發(fā)光 SiO_x Ar等離子體
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ134.11;TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 前言12-14
• 第二章 文獻(xiàn)綜述14-34
• 2.1 引言14-15
• 2.2 稀土Er的基本性質(zhì)、光學(xué)性能及應(yīng)用15-17
• 2.2.1 稀土Er的基本性質(zhì)15-16
• 2.2.2 稀土Er的光學(xué)性能及應(yīng)用16-17
• 2.3 Er摻雜TiO_2基發(fā)光材料的研究進(jìn)展17-34
• 2.3.1 TiO_2的基本性質(zhì)及光學(xué)性能17-21
• 2.3.2 Er摻雜TiO_2基發(fā)光材料的研究進(jìn)展21-34
• 第三章 材料和器件的制備及表征方法34-38
• 3.1 材料和器件的制備設(shè)備34-35
• 3.1.1 智能型磁控濺射設(shè)備34
• 3.1.2 薄膜熱處理設(shè)備34
• 3.1.3 直流磁控濺射設(shè)備34
• 3.1.4 反應(yīng)離子刻蝕機(jī)設(shè)備34-35
• 3.2 材料和器件的制備工藝35-36
• 3.2.1 硅襯底的準(zhǔn)備35
• 3.2.2 發(fā)光層薄膜的制備35
• 3.2.3 發(fā)光層薄膜的熱處理及氬等離子體處理35
• 3.2.4 器件電極的制備35-36
• 3.3 材料和器件的測(cè)試表征設(shè)備36-38
• 3.3.1 薄膜的形貌、結(jié)構(gòu)及組成的表征設(shè)備36-37
• 3.3.2 器件的光學(xué)性能測(cè)試設(shè)備37
• 3.3.3 器件的電學(xué)性能測(cè)試設(shè)備37-38
• 第四章 基于經(jīng)過(guò)不同溫度熱處理的TiO_2:Er薄膜的TiO_2：Er/p~+-Si異質(zhì)結(jié)器件的電致發(fā)光38-54
• 4.1 引言38-39
• 4.2 經(jīng)過(guò)不同溫度熱處理的Er摻雜TiO_2薄膜的制備39-40
• 4.3 基于不同Er含量的TiO_2:Er薄膜的PL和EL的對(duì)比40-41
• 4.4 經(jīng)過(guò)不同溫度熱處理的TiO_2:Er薄膜的表征41-47
• 4.4.1 經(jīng)過(guò)不同溫度熱處理的TiO_2:Er薄膜的XRD譜41
• 4.4.2 經(jīng)過(guò)不同溫度熱處理的TiO_2:Er薄膜的Raman光譜41-42
• 4.4.3 經(jīng)過(guò)不同溫度熱處理的TiO_2:Er薄膜的SEM形貌42-43
• 4.4.4 經(jīng)過(guò)不同溫度熱處理的TiO_2:Er薄膜的TEM圖43-44
• 4.4.5 經(jīng)過(guò)不同溫度熱處理的TiO_2:Er薄膜的PL譜44-47
• 4.5 基于經(jīng)過(guò)不同溫度熱處理的TiO_2:Er薄膜的異質(zhì)結(jié)器件的電致發(fā)光47-51
• 4.5.1 基于經(jīng)過(guò)不同溫度熱處理的TiO_2:Er薄膜的異質(zhì)結(jié)器件的Ⅳ曲線47
• 4.5.2 正向偏壓下異質(zhì)結(jié)器件的電致發(fā)光對(duì)比47-50
• 4.5.3 反向偏壓下異質(zhì)結(jié)器件的電致發(fā)光對(duì)比50-51
• 4.6 本章小結(jié)51-54
• 第五章 氬等離子體處理對(duì)TiO＿2/p~+-Si異質(zhì)結(jié)器件的電致發(fā)光的影響54-60
• 5.1 引言54
• 5.2 未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)Ar等離子體處理的TiO_2薄膜的制備54-55
• 5.3 未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)Ar等離子體處理的TiO_2薄膜的表征55-58
• 5.3.1 未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)Ar等離子體處理的TiO_2薄膜的XRD譜55-56
• 5.3.2 未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)心等離子體處理的TiO_2薄膜的Raman光譜56-57
• 5.3.3 未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)Ar等離子體處理的TiO_2薄膜的PL譜57-58
• 5.4 基于未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)Ar等離子體處理的TiO_2薄膜的異質(zhì)結(jié)器件的電致發(fā)光58-59
• 5.5 本章小結(jié)59-60
• 第六章 氬等離子體處理對(duì)TiO_2：Er/p~+-Si異質(zhì)結(jié)器件的電致發(fā)光的影響60-72
• 6.1 引言60
• 6.2 未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)Ar等離子體處理的TiO_2:Er薄膜的制備60-61
• 6.3 未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)Ar等離子體處理的TiO_2:Er薄膜的表征61-67
• 6.3.1 未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)Ar等離子體處理的TiO_2:Er薄膜的XRD譜61-62
• 6.3.2 未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)Ar等離子體處理的TiO_2:Er薄膜的Raman光譜62-63
• 6.3.3 未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)Ar等離子體處理的TiO_2:Er薄膜的SEM圖63-64
• 6.3.4 未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)Ar等離子體處理的TiO_2:Er薄膜的XPS圖譜64-65
• 6.3.5 未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)Ar等離子體處理的TiO_2:Er薄膜的PL譜65-67
• 6.4 基于未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)Ar等離子體處理的TiO_2:Er薄膜的異質(zhì)結(jié)器件的EL67-70
• 6.4.1 基于未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)Ar等離子體處理的TiO_2:Er薄膜的異質(zhì)結(jié)器件的EL對(duì)比67-68
• 6.4.2 基于不同功率的Ar等離子體處理的TiO_2:Er薄膜的異質(zhì)結(jié)器件的EL的對(duì)比68-70
• 6.6 本章小結(jié)70-72
• 第七章 總結(jié)72-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 致謝80-82
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷82-84
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其它研究成果84

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6 丁w，

本文編號(hào)：1043749