SiC/ZnO纳米颗粒薄膜的微观结构及其光致发光性能

摘要

在发光器件领域，SiC被认为是替代Si的理想材料，SiC量子点由于量子限制效应而导致的独特光电性能倍受人们的青睐。本文采用交替磁控溅射和后续在N2的保护下进行退火处理的方法制备了SiC量子点分散在.ZnO基体中的半导体纳米颗粒膜，系统研究了不同溅射工艺和退火温度、时间对SiC/ZnO纳米颗粒膜微观结构和光致发光性能的影响。 根据XRD分析，在750℃以下退火，ZnO基体的结晶性能随着退火温度的提高而得到改善并具有明显的c轴取向，当退火温度升高到800℃以上时，ZnO基体的结晶性能变坏，这可能是由于在高温下退火SiC与ZnO界面的相互作用所致。 ZnO/SiC/ZnO多层膜样品在600℃退火时，较薄的SiC层会团聚形成SiC非晶纳米团簇分布在ZnO基体中，当退火温度升高到850℃时，部分SiC非晶纳米团簇会转变成β-SiC纳米晶，根据FTIR分析，SiC纳米颗粒表面会被氧化形成一层SiOx(x<2)或SiO2，SiC量子点的形核与长大是以扩散型控制为主的成长过程，即Si，C原子会在降低总能量的驱动下在内部缺陷位置处通过迁移、扩散聚合到一起，形成三维岛状结构。 对样品在不同温度下退火进行PL分析发现，样品的发光强度总体随着温度的升高而增大，样品主要有三个发光峰：发光峰在381nm(3.3eV)处为较强的紫外发射，这是由于ZnO的自由激子跃迁造成：在465nm(2.7eV)处为强的蓝光发射可能与Si-O相关的缺陷形成的发光中心有关，而位于550nm(2.3eV)附近的弱绿光发射可能来自Zn空位、O空位所导致的深能级复合发光。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2半导体量子点的研究现状

1.2.1半导体量子点的研究意义

1.2.2 SiC量子点的研究进展

1.2.3半导体量子点的发光机理

1.2.4半导体量子点的形成机理

1.3半导体量子点/基体-纳米颗粒薄膜材料概述

1.3.1半导体量子点/基体-纳米颗粒薄膜的研究意义

1.3.2半导体量子点/基体-半导体纳米颗粒薄膜的制备方法

1.4基体材料的选用

1.4.1基体材料的概述

1.4.2 ZnO基体材料的性能

1.5选题依据与创新点

1.6本论文的研究内容和目的

第二章样品制备及分析方法

2.1实验材料

2.2样品制备

2.2.1 ZnO/SiC/ZnO三明治结构多层膜的制备方案

2.2.2 ZnO薄膜样品的制备

2.3样品退火

2.4样品的分析方法

2.4.1光致发光测试(PL)

2.4.2微观结构观察(TEM)

2.4.3结晶相分析(XRD)

2.4.4表面键分析(FTIR)

第三章SiC/ZnO纳米颗粒薄膜的结构表征

3.1薄膜物相-XRD分析

3.2薄膜微观结构-TEM分析

3.3薄膜的FTIR分析

3.4 SiC纳米颗粒的形成机理分析

3.5本章小节

第四章SiC/ZnO纳米颗粒膜的光致发光性能

4.1退火对SiC/ZnO纳米颗粒膜微观结构及发光性能影响

4.1.1退火温度对SiC/ZnO纳米颗粒膜发光性能的影响

4.1.2退火温度对纯ZnO薄膜发光性能的影响

4.1.3退火时间对SiC/ZnO纳米颗粒膜微观结构及发光性能的影响

4.2膜厚对SiC/ZnO纳米颗粒膜微观结构及发光性能的影响

4.3本章小结

第五章结论

5.1主要结论

5.2想法与建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢