硅基锗量子点和锗薄膜的溅射生长及其光学性质研究

发布时间：2017-09-09 08:29

  本文关键词：硅基锗量子点和锗薄膜的溅射生长及其光学性质研究

  更多相关文章： Ge量子点 Ge薄膜 溅射沉积 光学性质

【摘要】：晶体Ge(c-Ge)材料,如Ge量子点(Ge QDs)、Ge薄膜等,不仅可以与Si集成电路兼容,而且相比于Si具有诸多优势,一直以来都是Si基光电子和微电子研究中的热点。采用课题组前期探索得到的最优生长参数,研究离子束溅射多层Ge/Si量子点的光致发光、近红外与中红外吸收性能。研究结果表明：通过光致发光和近红外吸收分析,发现与量子点有关的吸收峰在1.5μm处；并且中红外吸收谱揭示出量子点在3.4μm处也有微弱的吸收,对应于束缚态基态到连续态的跃迁,它们对应的能量正好与其能级位置吻合。但它们的吸收并不是很强,结果也不可重复,这归因于在该条件下Ge量子点是在非晶和结晶的混晶Si缓冲层或隔离层上生长的,导致Ge量子点的结晶度不高。然而,停顿生长Si层来增加Si的结晶性,进而改善量子点的结晶性,是一种生长高结晶性Ge量子点的有效方法。低温-高温两步法生长Ge膜的研究表明：直流磁控溅射生长的Ge膜并未实现真正的外延生长,而呈现出不同晶向随机竞争进行生长；两步法生长Ge膜的表面粗糙度呈现出随低温Ge层生长温度升高而逐渐减小的趋势,这主要归因于退火对低温Ge层形貌的影响；两步法Ge膜在1.0～1.8μm波段展现出明显的红外吸收。高温退火对低温Ge膜微结构及红外吸收的影响研究表明：(1)、随生长温度从300℃升高到450℃,Ge膜依次经历了非晶、微晶再到多晶的转变。经高温退火后,不同晶相的Ge膜均变成了多晶Ge膜,并且均展现出(111)择优取向和差不多的晶粒尺寸。(2)、高温退火严重粗化了非晶Ge膜和微晶Ge膜的表面形貌,而多晶Ge膜退火后的表面形貌几乎展现出跟退火前一样光滑的表面。该现象可通过退火过程中不同晶相Ge膜的生长机制得到很好的解释。(3)、退火增强了不同晶相Ge膜在1.0～1.8μm波段的红外吸收性能。
【关键词】：Ge量子点 Ge薄膜 溅射沉积 光学性质
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O614.431;TB383.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 引言8-9
• 1.2 晶体Ge材料的制备及其应用9-14
• 1.2.1 Si基Ge量子点9-11
• 1.2.2 Si基Ge薄膜11-14
• 1.3 课题组前期晶体Ge材料的生长研究14-20
• 1.3.1 离子束溅射Ge/Si量子点15-18
• 1.3.2 磁控溅射Ge薄膜18-20
• 1.4 论文的主要工作和创新点20-21
• 第二章 材料生长设备及表征技术概述21-29
• 2.1 FJL560Ⅲ型超高真空磁控与离子束联合溅射设备21-23
• 2.1.1 离子束溅射设备21-22
• 2.1.2 磁控溅射设备22-23
• 2.2 材料表征技术23-26
• 2.2.1 表面原子力显微镜(AFM)23-24
• 2.2.2 拉曼光谱仪(Raman)24
• 2.2.3 X射线衍射(XRD)24-25
• 2.2.4 UV-Vis-NIR分光光度计25-26
• 2.2.5 电化学工作站26
• 2.3 基片清洗26-29
• 2.3.1 去离子水机26-27
• 2.3.2 Si片的清洗27
• 2.3.3 Ge片的清洗27-29
• 第三章 离子束溅射Si基Ge量子点的光学性质研究29-37
• 3.1 引言29
• 3.2 实验设计29-30
• 3.3 结果讨论与分析30-37
• 3.3.1 离子束溅射Si基Ge量子点的光学性质研究30-33
• 3.3.2 Ge量子点的改性33-37
• 第四章 低温-高温两步法Ge薄膜的生长及其光学性质研究37-43
• 4.1 引言37-38
• 4.2 实验设计38-39
• 4.3 结果讨论与分析39-43
• 4.3.1 低温-高温两步法Ge薄膜微结构分析39-41
• 4.3.2 两步法Ge薄膜红外吸收测试41-43
• 第五章 高温退火对低温Ge薄膜微结构和光学性质的影响研究43-52
• 5.1 引言43
• 5.2 实验设计43-44
• 5.3 结果讨论与分析44-52
• 5.3.1 高温退火对低温Ge薄膜微结构的影响44-50
• 5.3.2 退火过程中的生长机制50
• 5.3.3 高温退火对低温Ge薄膜红外吸收的影响50-52
• 第六章 总结与展望52-60
• 6.1 研究工作获得的主要结论52-53
• 6.2 研究工作展望53-60
• 参考文献60-70
• 附录 攻读硕士期间获得的成果和奖励70-71
• 致谢71-72

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本文编号：819364