研究目的
研究沉积条件及后续退火处理对(Si,Er)共掺杂HfO2薄膜微结构和光学性能的影响。
研究成果
射频功率密度的变化可用于监测(Si,Er)共掺杂HfO2薄膜中的掺杂剂含量。高温退火会导致相分离并形成HfO2、SiO2和纯硅相。这些薄膜因硅纳米晶中的载流子复合而呈现红色发光，并在非共振激发下表现出增强的稀土发光，表明形成了硅纳米团簇。铒离子的激发机制涉及来自硅纳米晶和基质缺陷的能量传递。
研究不足
本研究仅限于探讨沉积条件和退火处理对(Si,Er)共掺杂HfO2薄膜结构和光学性能的影响。由于(111)立方相Si与(-111)单斜相HfO2的衍射峰在2Θ=28.4-28.8°范围内重叠，直接观测Si纳米晶的形成具有挑战性。
1：实验设计与方法选择：
通过射频磁控共溅射硅靶和氧化铒靶丸，在二氧化铪靶上于硅衬底上生长薄膜。采用光谱椭偏仪、傅里叶变换红外光谱和光致发光法对沉积态及退火样品进行检测。
2：样品选择与数据来源：
在硅片（硼掺杂、(100)晶向、电阻率5-15 Ω·cm）上通过射频磁控溅射沉积(Si,Er)共掺杂二氧化铪薄膜。
3：实验设备与材料清单：
射频磁控溅射装置、光谱椭偏仪(UVISEL，堀场制作所，日本京都)、傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet Nexus)、配备氩离子激光器的光致发光研究装置、SRS锁相放大器(SP830 DPS)、Jobin Yvon 1米单光栅单色仪、Northcoast锗探测器。
4：实验流程与操作步骤：
在纯氩等离子体中进行沉积，射频功率密度(RFP)为0.48或0.74 W/cm2，衬底温度(TS)固定为100、300或500°C，总等离子体压力和衬底-阴极距离分别固定为0.04 mbar和57 mm。退火处理在常规水平管式炉中通入纯氮气(99.99%)进行。
5：48或74 W/cm2，衬底温度(TS)固定为300或500°C，总等离子体压力和衬底-阴极距离分别固定为04 mbar和57 mm。退火处理在常规水平管式炉中通入纯氮气(99%)进行。 数据分析方法：
5. 数据分析方法：所有样品的椭偏仪数据拟合显示，沉积态薄膜折射率n=2.08-2.34，吸收系数α=7×103-5×10? cm?1（均在1.95 eV处测得）。
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获取完整内容-
spectroscopic ellipsometer
UVISEL
HORIBA Ltd.
Used for examining the optical properties of the films.
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Fourier-transform infrared spectroscopy
Nicolet Nexus
Used to follow the variation of microstructure of the films.
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photoluminescence study setup
Used for PL study under 476 and 488 nm excitation lines of Ar+ ion laser.
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SRS lock-in amplifier
SP830 DPS
Linked with a Jobin Yvon 1 m single grating monochromator for PL spectra recording.
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Northcoast Germanium detector
Used for detecting PL spectra in the 1300-1700 nm spectral range.
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