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纳米材料的尺度是处于原子簇与宏观物理之间的交界的过渡区域,在纳米材料中,纳米微粒具有大的比表面积,表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加,因而纳米材料具有许多不同于传统固体材料的特有性质,如量子尺寸效应、表面效应、体积效应和宏观量子隧道效应等。纳米材料具有的独特结构和性质,使得纳米材料在催化、医学、滤光、磁介质、光电器件和大规模集成电路等领域有广泛的应用前景。
离子束溅射技术作为制备纳米薄膜材料的物理方法之一,由于其工作真空度高,从靶材溅射出来的原子能量高,因而制备的薄膜质量好,又由于制备样品过程中成本低和易于工业化,因而离子束溅射技术已在纳米薄膜材料的研究中得到广泛应用。本文采用离子束溅射技术分别对Si的结晶性、Ge的结晶性、Ge/Si多层膜的发光性和Ge/Si多层膜Ge量子点的制备进行了研究,具体工作主要包括以下几个方面:
1采用离子束溅射技术,在Si衬底上制备了一系列的Si薄膜,对不同生长束流下Si薄膜的晶化进行研究,采用Raman和XRD谱对样品进行测量和分析,得到了晶化较好的Si薄膜样品;
2 采用离子束溅射技术,在Si衬底上制备了一系列的Ge薄膜,通过对不同生长束流下Ge的结晶性分析,发现生长束流的变化对Ge的晶化影响不明显;为了进一步研究Ge的晶化,我们改变Ar离子溅射能量对Ge的晶化进行研究,采用Raman图谱、AFM图谱和不同Ar离子溅射能量下Ge的生长速率对样品进行分析,并得到了Ge的晶化结构;
3 采用离子束溅射技术,在Si衬底上制备了一系列的Ge/Si多层膜,通过Raman光谱、AFM、小角XRD和PL谱的测量对Ge/Si多层膜的结构和室温光致发光性进行分析;
4 采用离子束溅射技术,通过对Ge/Si多层膜的制备对Ge量子点的生长进行初步研究,在试验过程中主要应用了正交试验法,通过AFM图谱的测量和正交试验的分析,得到了Ge的岛状结构和优化的生长条件。