【摘 要】
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近年来稀土发光材料由于具有很多的优点而成为硅基光源的研究热点,为了兼容目前CMOS工艺,硅基光源需要满足以下条件:和硅衬底晶格匹配度要高、工作电压要尽可能的低以及发光效率要高。稀土Tb2O3与硅的晶格失配仅为1.3%,使得Tb2O3和硅衬底之间的位错缺陷较少。Tb2O3作为一种P型半导体材料,以Tb2O3为基础的电致发光器件具有较低的工作电压,且Tb3+是一种高效稀土发光离子,可以与其他稀土离子(
【基金项目】
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国家自然科学基金（NO:61975008）；
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近年来稀土发光材料由于具有很多的优点而成为硅基光源的研究热点,为了兼容目前CMOS工艺,硅基光源需要满足以下条件:和硅衬底晶格匹配度要高、工作电压要尽可能的低以及发光效率要高。稀土Tb2O3与硅的晶格失配仅为1.3%,使得Tb2O3和硅衬底之间的位错缺陷较少。Tb2O3作为一种P型半导体材料,以Tb2O3为基础的电致发光器件具有较低的工作电压,且Tb3+是一种高效稀土发光离子,可以与其他稀土离子(Ce3+、Eu3+、Sm3+等)进行能量传递,尤其与Er3+的能量传递作用能够实现1.54μm通讯波段发光,因此Tb2O3非常适合制作硅基光源。前人对硅基Tb2O3电致发光器件进行了大量的研究,并取得了一些进展,但该器件发光仍然存在发光衰减快的问题,为了解决这一问题,本文在Tb2O3薄膜结晶性能及浓度猝灭方面对硅基Tb2O3电致发光器件进行了更进一步的研究与探索。常规管式炉退火与快速退火相比,其升降温速度较慢,原子有足够的活化能迁徙到晶核周围,有利于薄膜结晶,因此对沉积的Tb2O3薄膜进行了常规管式炉退火,之后镀电极制备了Tb2O3电致发光器件,通过对器件进行表征,获得了Tb3+的本征绿色发光,且由常规管式炉退火的Tb2O3薄膜镀电极得到的电致发光器件与快速退火的Tb2O3薄膜镀电极制得的电致发光器件相比,其发光强度增强了1.4倍左右。为了减少器件的工作电压、改善器件的电子空穴注入比,选用同时具备阻挡电子和注入空穴功能的无机P型半导体材料NiO。通过磁控溅射法制备了NiO/Tb2O3电致发光器件,获得了Tb3+的绿色电致发光,且开启电压降低了2V。浓度猝灭的主要原因是发光层Tb2O3薄膜中Tb3+发生了自身浓度猝灭,因此引入Ce3+,增大离子间距,通过Ce3+→Tb3+的无辐射共振能量传递方式实现Tb3+发光。制备了硅基Tb/Ce结构薄膜,获得了Tb3+的光致发光,且在15天后几乎都没有衰减,荧光寿命长,为今后硅基Tb2O3:Ce3+薄膜电致发光器件的研究打下了坚实的基础。
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