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掺钕富硅氧氮化物薄膜中成分、微观结构与发光性能的关联性：对敏化剂本质的探究

DOI：10.1088/1361-6528/aaea23 期刊：Nanotechnology 出版年份：2019 更新时间：2025-09-10 09:29:36
摘要： 掺杂稀土（RE）离子的硅基材料与硅技术兼容，在光通信和能量转换领域具有广阔前景。本文研究了富硅氮氧化硅中掺钕（Nd-SRSON）薄膜的发光特性及其对悬挂键密度与敏化剂性质的依赖关系。这些薄膜通过反应磁控溅射及退火工艺制备，我们系统分析了沉积参数与退火温度对薄膜成分、微观结构及发光性能的影响。傅里叶变换红外光谱（FTIR）与椭偏仪测量证实：通过调节溅射等离子体中反应性氮气与氩气的比例，可精确调控样品成分（硅氮比）。此外，FTIR与X射线光电子能谱检测到沉积态样品中同时存在氮/氧悬挂键（N·与O·），这些悬挂键在退火过程中被钝化。在488纳米非共振激发下，薄膜呈现出显著的Nd3?离子光致发光（PL）信号，证明基质中实现了Nd3?离子的有效敏化。PL激发谱与椭偏仪结果（基于新型非晶模型计算的带隙）排除了带隙以上激子敏化的可能性，而原子尺度的硅团簇被确认为Nd3?离子的有效敏化中心。本研究不仅为优化硅基材料发光性能提供了理论依据，更建立了研究稀土发光体敏化剂本质的通用方法学，从而建立成分-微观结构-发光性能的关联规律。
作者： C-H Liang，Y-T An，W Jin，D-C Meng，D-P Wang，C-A Chen，K-Z Liu，A W Kleyn，C Labbé，J Cardin，F Gourbilleau
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究掺钕富硅氧氮化物(Nd-SRSON)薄膜的发光特性及其对悬挂键密度和敏化剂性质的依赖性。

研究成果

Nd3?离子的最大PL强度是在纯硅和Nd?O?阴极通过反应磁控共溅射沉积、并在混合(N?/Ar=10.5%)等离子体环境下制备的薄膜经750°C–1000°C退火后获得的。这对应着形成致密有效敏化剂及钝化N·和O·悬键等非辐射缺陷的最佳环境。光学测量证实，Nd3?离子的激发过程未涉及价带-导带，但原子尺度的硅聚集提升了激发速率。

研究不足

本研究仅限于探究掺钕富硅氧氮化硅薄膜及其在特定条件下的发光特性。研究结果可能无法直接适用于其他稀土掺杂材料或不同实验条件。

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