论文部分内容阅读
在过去的几十年,硅基发光材料由于其在硅基光电子集成领域的巨大应用前景而备受关注。目前,硅基发光材料研究主要集中在Si-SiOx、Si-SiNx和Si-SiCx体系,其中,在Si-SiOx体系已实现高效率的荧光发射和光增益。尽管硅基发光材料的研究已取得巨大进步,但对于实际应用而言,目前其发光效率仍比较低。近年来,碳氧化硅发光材料由于其强光发射的光学特性而日益受到关注。本文主要通过构建基于碳氧化硅基发光材料体系,深入研究其发光机理,探索获取高效的硅基光源材料的途径。本论文的主要结果如下：(1)利用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术,通过调控氧气流量低温制备强光发射的碳氧化硅薄膜,研究氧组分比例对其发光特性的影响。实验发现,随着薄膜中O组分比例由29%提高至48%,其主要发光峰由黄光区域逐渐向蓝光区域移动,且在室温下肉眼可见较强的可见光光发射。通过结合XPS及FTIR对薄膜的化学键合结构进行分析,我们认为薄膜的黄光发射来源于与Si-C键相关的缺陷态发光中心。在此基础上,以蓝光发射的碳氧化硅薄膜为研究对象,通过进一步的退火处理,优化其微结构,从而增强其蓝光发射,并阐明其蓝光发射来源于电子-空穴对在硅相关的中立氧空位缺陷发光中心的辐射复合。(2)利用磁控溅射技术制备铕离子掺杂碳氧化硅发光薄膜,通过退火热处理实现Eu3+发光和Eu2+发光增强的可调性。经过退火温度低于800℃热处理后的薄膜,其来自Eu3+红光发射显著增强；随着退火温度的进一步提高,发光转变为由Eu2+发光中心主导；当退火温度达到1100℃时,Eu2+发光强度增强40倍左右,且在室温下肉眼可见较强的蓝光发射。通过高分辨TEM、XPS和PLE谱分析,我们认为Eu3+/Eu2+发光增强主要来自于退火过程中所形成的高密度EuSiO3纳米团簇对Eu3+ /Eu2+发光敏化作用的增强。