Ge纳米晶制备及中子嬗变掺杂的研究

摘要

由于嵌入SiO<,2>基体中的Ge纳米晶(nc-Ge)能发射可见光而有望用于制备新型光数据存储器等，目前它正成为人们感兴趣的研究热点。已发现nc-Ge有光致、电致和阴极射线致发光现象，是否有中子致发光现象尚不清楚，如果有中子致荧光现象，将在中子照相等国防领域有重要的应用。对体材料而言，掺杂是揭示光荧光机理的有用工具。对于nc-Ge来讲，由于其表面态影响突出，所以掺杂对其性质的影响比对体材料的影响要弱得多。尽管如此，掺杂对纳米晶性质的影响必须视具体材料体系的不同而分别进行具体的实验研究。本工作通过离子注入的方法制备了样品，并研究了其荧光特性，最后通过NTD掺杂研究了掺杂后样品的 荧光性质。 通过离子注入的方法制备了镶嵌结构的Ge纳米晶薄膜，并首次发现离子注入后不经退火直接形成Ge纳米晶的现象。通过XRD、LRS、TEM、SEM等实验分析，结合TRIM程序计算，研究了单束双能高剂量Ge离子注入、不经过退火在非晶态Si02薄膜中直接形成镶嵌结构Ge纳米晶的物理机制。并仔细分析得到了纳米晶形成的阈值剂量。结合TEM和SEM，分析了低能高剂量Ge离子注入直接形成的Ge纳米团聚的深度分布和尺寸，发现纳米团聚的尺寸和分布以及均匀性随着离子注量的变化而变化。纳米团聚中既有晶态Ge也有非晶态Ge(na-Ge)，晶态Ge与非晶Ge的比值随着离子注量的增加而增大。这些现象都能通过给出的Ge纳米团聚自组织生长模型来解释。 通过系统的氧化性或还原性退火处理，以改变样品中Ge的氧化物成分组成。分析了不同样品在室温下的光致发光(PL)特性，并结合XRD分析表明：300和400nm附近的荧光峰的发光机制是GeO纳米晶(nc-GeO)发光而不是GeO的缺陷发光，570mm附近的荧光峰的发光机制为Ge纳米晶(ne-Ge)发光，而不是Ge及Si界面的缺陷发光。 创新性的用NTD方法对纳米晶样品进行掺杂，因为NTD作为镶嵌结构纳米晶薄膜的掺杂方法有不可替代的优势。通过PL和LE-PL，谱分析掺杂前后样品的荧光特性并对LE-PL谱进行高斯拟合，发现辐照后样品荧光谱发生了变化，辐照损伤引起的在440和500nm处的缺陷发光在400℃两个小时的退火后消失，新出现的750nm处的荧光峰是由NTD掺杂后在Ge纳米晶中引入的杂质引起的。

目录

文摘

英文文摘

1引言

2镶嵌结构Ge纳米晶（nc-Ge）样品的制备

3镶嵌结构的nc-Ge薄膜的表征

4纳米晶的光学性质以及掺杂对光学性质的影响

5总结

附录攻读硕士期间发表的论文

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