納米��(fā)光材料的原理是利用納米硅的光致發(fā)光效�(yīng),可以用類似于多孔硅的量子限制效�(yīng)和表面復(fù)合中心來定性地描述它的�(fā)光機(jī)�,與多孔硅比� ,納米硅基�(fā)光材料有較為平整的表面結(jié)�(gòu),能夠做成大面�,更易于采用傳�(tǒng)的硅平面工藝技�(shù)�
1995年希臘科�(xué)家A.G.Nassiopuoulos等人用高分辨率的紫外線照相技�(shù),各向異性的反應(yīng)離子刻蝕和高溫氧化的后處理工�,首次在硅平面上刻劃了尺寸小于20nm的硅柱和 硅線的表面結(jié)�(gòu),觀察到了類似于多孔硅的光激�(fā)光現(xiàn)�。如果氫氟酸腐蝕�?nèi)チ吮砻娴难趸瘜右�?光激�(fā)光現(xiàn)象也隨之消失。所有這些 ,再次雄辯地驗(yàn)證了量子限制效應(yīng)和表面復(fù)合中心的光激�(fā)光機(jī)理模�。同�,德國(guó)科學(xué)家T.W.H.Wang等用掃描溝道顯微�,把在硅平面上刻劃的硅線寬度減少到5nm,這樣就有可能把現(xiàn)代先�(jìn)的光刻技�(shù)�(yīng)用于全硅 型光電子集成技�(shù).
�(dāng)�,納米� 基材料的光激�(fā)� ,尤其� 電致�(fā)光的效率和發(fā)光強(qiáng)度還比較�,全硅型的光電集成工藝技�(shù)尚未成熟,但是,自從1990年發(fā)�(xiàn)多孔硅發(fā)光現(xiàn)象引起的世界性轟�(dòng)效應(yīng)以來,納米硅基�(fā)光材料一直是材料科學(xué)研究中備受關(guān)注的熱門�(lǐng)�。對(duì)這類材料和器件的研究都已取得了重大�(jìn)展�
至今,研究熱潮仍然方興未艾。我們相�,�(duì)納米硅基材料�(fā)� �(jī)理的研究將從�(xiàn)在共�(shí)的定性了解發(fā)展到建立起能夠�(jìn)行定量或半定量模擬計(jì)算的�(yán)密的�(jī)理模� ,并應(yīng)用現(xiàn)代先�(jìn)的硅平面工藝技�(shù) ,建立起成熟的全硅型光電集成工� 技�(shù)。在不久的將�,這種跨世紀(jì)的發(fā)光材料和集成器件,將應(yīng)用到各�(gè)�(lǐng)� ,�(jìn)入千家萬戶�
(1)通過改變富硅�、退火條件等,控制氧化硅中硅納米晶的尺寸及密�。文�(xiàn)�(rèn)為出�(xiàn)硅納米晶的臨界溫度是1000oC,而我們通過試驗(yàn)確定出現(xiàn)納米晶的臨界退火溫度為900oC�
(2)首次觀察到Au/(Ge/SiO2)超晶格/p-Si�(jié)�(gòu)的電致發(fā)�。右圖出四周期Ge/SiO2超晶格的高分辨電鏡圖。其中亮線為SiO2,厚度為2.0nm,Ge層厚�2.4nm�
(3)在硅襯底上用磁控濺射技�(shù)生長(zhǎng)了納米SiO2/Si/SiO2雙勢(shì)�(NDB)單勢(shì)阱三明治�(jié)�(gòu),首次�(shí)�(xiàn)Au/NDB/p-Si�(jié)�(gòu)的可見電致發(fā)�。發(fā)�(xiàn)電致�(fā)光的峰位、強(qiáng)度隨納米硅層厚度(W)的改變作同步振蕩。�(jìn)一步試�(yàn)和分析證�,振蕩周期等�1/2載流子的deBroglie波長(zhǎng)�
(4)首次在用磁控濺射生長(zhǎng)的SiO2:Si:Er薄膜的基�(chǔ)上實(shí)�(xiàn)了波�(zhǎng)�1.54μm(光通訊窗口)的Er電致�(fā)��
(5)在熱處理ITO/自然氧化�/p-Si中首次獲得低閾值電壓的360nm的紫外電致發(fā)�,是已報(bào)道的最短波�(zhǎng)的硅基電致發(fā)光�
納米硅結(jié)�(gòu)�(shí)�(xiàn)了從近紫外到近紅外的各主要波段(包括1.54�1.62μm)的光致�(fā)光和正向或反向偏壓下的低閾值電壓電致發(fā)�,并提出了受到廣泛支持的光致�(fā)光和電致�(fā)光模�,這為最終實(shí)�(xiàn)硅基光電集成打下一定的基礎(chǔ)。具有重要的科學(xué)意義和巨大的�(yīng)用前��