Si/SiC纳米复合薄膜与热蒸发法制备Si纳米线的研究

摘要

低维硅基纳米材料由于性能优越并且可以和现有的硅基平面工艺相兼容而具有很广泛的应用前景。本文对于两种低维硅基纳米材料——Si/SiC纳米复合薄膜和Si纳米线分别进行了制备方法、性能和机理的研究。 通过射频交替溅射或共溅射的两种方式和后续的退火制备了Si纳米晶镶嵌在SiC基体中的Si/SiC纳米复合薄膜。交替溅射得到的多层膜结构的Si/SiC纳米复合薄膜在1200℃以上退火后出现了大约分别位于352 nm的紫外发射带和位于468 nm的蓝光发射带，并且随着退火温度的升高增强。高分辨透射电镜观察到Si纳米晶的形成，傅立叶红外吸收光谱显示形成了Si-O-C键。分析认为位于468nm的蓝光发射带是由于退火形成的Si纳米晶的量子限制效应导致的，而位于352nm的紫外发射带是来自于退火形成的Si-O-C的复杂化合物。共溅射得到的薄膜在退火后出现了紫外发光峰，推测也有可能是由于退火形成的Si-O-C键导致的。 Si纳米线是通过对把单晶硅片封闭在一个小区域中、高温常压、没有加催化剂下的情况下简单热蒸发制备得到的，Si纳米线长度达到了毫米级别。高分辨透射电镜显示Si纳米线芯部为单晶外层有很薄的氧化层，直径约在10-30 nm之间。分析认为单晶硅片形成的Si-O层、封闭区域、高温和慢速冷却是Si纳米线生长的重要因素，提出了自诱导的气、液、固机制来解释它的生长机制，另外说明Si纳米线的生长催化剂并不是必需的。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1引言

1.2半导体量子点纳米复合薄膜材料研究现状

1.2.1探索硅基发光材料的背景及意义

1.2.2硅基发光材料研究概述

1.2.3本节小结

1.3 Si纳米线的研究现状

1.3.1 Si纳米线的制备方法概述

1.3.2 Si纳米线的生长机理概述

1.3.3 Si纳米线的应用研究

1.4选题依据与创新点

1.5本论文的研究目的和内容

第二章制备与分析方法

2.1 Si/SiC薄膜的制备与分析方法

2.1.1实验材料

2.1.2样品的制备

2.1.3样品的分析方法

2.2 Si纳米线的制备与分析方法

2.2.1实验原料

2.2.2制备-简单热蒸发法

2.2.3分析方法-TEM、SEM、EDS

第三章Si/SiC薄膜的光致发光性质和机理研究

3.1多层膜法制备的薄膜分析

3.1.1光致发光谱-PL分析

3.1.2薄膜微观结构-TEM分析

3.1.3薄膜成键-FTIR分析

3.1.4薄膜物相-XRD分析

3.1.5薄膜的发光机理分析

3.2薄膜退火工艺的研究

3.2.1陶瓷舟承载氩气保护

3.2.2氧化铝舟承载石墨粉包埋氩气保护

3.2.3石墨舟承载氧化铝舟倒扣石墨粉包埋氩气保护

3.2.4石墨舟承载氧化铝舟倒扣木炭粉包埋氢气保护

3.3复合膜法制备的薄膜初步分析

3.3.1成分对薄膜发光的影响

3.3.2不同热处理温度对发光的影响

3.4本章小结

第四章Si纳米线的制备与生长机理研究

4.1 Si纳米线的结果分析

4.1.1结构-TEM分析

4.1.2形貌SEM分析

4.1.3能谱-EDS分析

4.1.4快冷样品对比分析

4.2 Si纳米线的生长机理

4.3本章小结

第五章主要结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢