烧结炭化硅晶体的制备、结构及光致发光特性

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碳化硅是一种具有宽禁带、高电子饱和漂移速度、高的热导率以及高的临界击穿电场等优异特性的新型半导体材料。利用碳化硅的宽禁带特征,已有研究者将其用于制成蓝色发光二极管。但由于碳化硅为间接带隙半导体材料,其发光效率十分低。而同样为间接带隙的晶体硅在多孔化后,不但其发光光谱从近红外进入可见光区,发光效率也得到显著提高。加之,在粉末冶金工业中,常常采用烧结工艺来制备多孔材料。所以,本文试图采用烧结工艺来制备多孔碳化硅并对其光致发光特性进行研究。 本文对经过压制成型的碳化硅粉末(压坯),采取两种方法进行烧结。一种是直接烧结,即把压坯放入石墨坩埚中在真空条件下进行高温(1600℃~2000℃)烧结10小时;另一种是在硅熔体中烧结,即先把压坯放入内壁覆盖有一层碳化硅的石墨坩埚中,然后给压坯上覆盖一硅片在Ar气气氛中进行高温 (1600℃~2000℃)烧结 4小时。 采用X射线衍射、Raman散射和扫描电子显微镜对烧结样品结构进行了分析,结果表明烧结材料为多孔或类多孔材料,其主要成分为 6H-SiC 和 3C-SiC。 在10K~300K的温度范围内,对所有样品的光致发光谱进行了测量。用碳化硅粉直接烧结的所有样品在室温下呈现出形状相似的光致发光谱:在2.4eV的位置出现一发光主峰,在2.7eV 附近出现一微弱的肩峰。而且样品的烧结温度愈高,其发光强度愈小,测量温度愈低,发光强度愈大,同时 2.7eV 处的微弱的肩峰在低温下变得更明显。所有在硅熔体中烧结的样品在室温下发出较强的绿色光致发光,其峰值能量在2.35eV附近,而且压制压力愈大,发光强度愈大,烧结温度愈高,发光强度愈小。2.4eV 和 2.35eV 附近的发射峰来自缺陷态的发光,2.7eV 附近的发射峰与氮掺杂有关。
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