氧含量对a-SiOxNy薄膜荧光特性的影响.pdf

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1、第20卷，第4期光谱学与光谱分析Vol.20，No.4，pp569-5712000年8月SpectroscopyandSpectralAnalysisAugust，2000!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!氧含量对a-siON薄膜荧光特性的影响"Xy黄翀石旺舟汕头大学物理系，515063汕头摘要采用PECVD方法制备了a-SiO薄膜，观察到强荧光发射现象，荧光光谱由波段范围为260!xNy350nm和500!700nm的宽谱带和位置分别为365、375、380、735和745nm的荧光发射峰组成

2、。通过改变沉积过程中氢分压研究了氧含量及荧光特性的影响，随着氢分压下降，薄膜中氧含量升高，荧光峰强度增加，但位置不变；而荧光带在强度增加的同时，中心位置产生红移。根据实验结果对荧光起源及变化机制进行了讨论。主题词a-SiO薄膜，氧含量，荧光光谱xNy程中衬底不加偏压，沉积时基片温度控制为300C。沉积时引言间随Si~的比例不同而作相应调整，上述三种比例下对应4近年来硅基发光材料的研制受到高度重视，自90年沉积的时间分别选定为60、40和20分钟。［1］报道多孔硅的红光发射后，一系列荧光谱带相继采用扫描电镜观察薄膜的形貌，能谱和红外吸收光谱用Canham在多孔硅［2］及纳米硅与氧化硅的复

3、合体系［3，4］中观察到，发于测定薄膜的成分，通过X-射线衍射判别薄膜的结晶状态，光波段从红光拓展到紫光甚至紫外［5］，发光的机制虽仍处争薄膜的荧光光谱由RF-5301荧光谱仪在室温下测量。论之中，但普遍认为红光发射起源于纳米尺度的量子限制效应［1］，较短波长的发光则与杂质的能级有关，尤其是氧缺陷3实验结果能级［6］。3.1薄膜形貌、成分和结构无论是纳米硅还是硅-氧复合体系的制备，气相沉积都薄膜的SEM形貌如图1，可以看出：薄膜表面光滑、是重要方法之一，尤其是该技术与现代器件工艺的兼容性更平整、致密，由大小均匀的纳米级颗粒组成，X-射线衍射分具优势。采用化学气相沉积［5，7］和共溅射方

4、法［8］制备氧掺杂析表明颗粒为非晶结构。红外吸收光谱检测到波数为2045、的硅基薄膜及纳米Si-SiO复合薄膜及其荧光特性的研究相1107和864cm-1三个主吸收峰，分别对应Si—~键的伸张2继被报道。为获得性能稳定的强发光材料，制备过程中工艺模吸收、Si—O键的伸张模吸收和Si—N键振动模式的吸参数对薄膜成分、结构及性能的影响还需深入研究。本文报收。同时发现，随着沉积过程中~比例升高，1107cm-12道采用PECVD方法制备的a-SiO薄膜的荧光特性及其氧吸收峰相应减弱。这说明非晶硅薄膜中不但含有氢、氧和xNy含量对荧光特性的影响，并对结果进行分析和讨论。氮，而且氧含量受氢分压的

5、调制。~分压升高，氧含量下2降。为进一步定量地比较三种样品的氧含量的不同，我们进2薄膜制备和测量方法行了能谱分析，测得三种样品氧原子含量分别为6%、10%薄膜沉积采用射频辅助的二级辉光放电系统，本底真空和13%，而氮的含量基本不变，约为15%。度为5>10-4Pa，反应原气体采用O2、Si~4和N~3，并通3.2荧光特性过~稀释。气体由两路通入，一路为O，另一路为Si~、薄膜的荧光光谱如图2，由四个波段组成：第一波段范224N~3和~2的混合气体。Si~4、N~3和~2的比例通过质量围为260!350nm，呈一较宽谱带；第二波段对应370nm流量计控制，O则以预先通入达到的平衡压强为标

6、准。沉附近三个可分辨的发射峰，峰位分别为365、375和3802积前先通O2气压稳定在7Pa，然后通入Si~4、N~3和~2nm；第三波段范围从500!700nm，也呈一较宽谱带；第四的混合气体，使系统气压稳定在70Pa。Si~、N~和~的波段则对应两个可分辩的发射峰，峰位分别为735和745432流量比为：113150、113130和113110三种情况。放电射频nm。氢的分压由大到小顺序沉积的薄膜荧光光谱分别对应功率为0.15W／cm-1，衬底采用抛光单晶硅片，沉积过图中A、B和C，可以看出：随着沉积过程中氢的分压不同，2000-01-24收，2000-05-21接受；"苏州大学薄

7、膜实验室开放基金和广东省基金课题黄翀，1960年生，汕头大学物理系讲师570光谱学与光谱分析第20卷发射谱发生相应的变化，其中发射峰的位置不变，但强度随的氧含量相应发生变化，说明沉积过程中有部分氧在空间或氢分压下降而增强，两个发射带不但强度随着氢分压下降有基片表面被氢俘获，反应生成~分子，从而使薄膜中的20所增强，而且中心位置还发生了相应的移动。当沉积时氢分氧含量随氢分压的增加而下降。荧光峰和荧光带的强度都随压最大时，中心位置分别为310和54