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碳化硅具有优良的热稳定性、大的热导率、高电子迁移率、高击穿电场等优点,是高温、高频、高功率器件的理想半导体材料。但是,这种宽禁带间接带隙半导体,只有在低温下能够产生微弱蓝光发射,限制了碳化硅在光子学领域中的应用。
本文研究了掺铒硅基3C-SiC (Er<3+>:3C-SiC/Si) 材料的光谱性质,包括3C-SiC/Si的傅立叶转换红外光谱、拉曼光谱,以及3C-SiC/Si和Er<3+>:3C-SiC/Si光致发光特性;分析了3C-SiC/si傅立叶转换红外光谱、拉曼光谱中的特征峰和归属情况,讨论了3C-SiC/Si、Er<3+>:3C-SiC/Si光致发光的实验现象和机理。
利用光谱表征手段得到了3C-SiC/Si与C-Si键相关的红外吸收峰780cm<-1>,拉曼平面光学模795cm<-1>和轴向光学模980cm<-1>;得到了红外光谱中的频移与晶化质量的关系,晶粒大小和热胀系数差异等因素与拉曼光谱频移关系。
讨论了3c-SiC/Si中的荧光光谱蓝移现象,指出了样品中晶粒尺寸的减小,使得辐射复合作用增强,最终导致荧光光谱蓝移。
比较了Er<3+>:3C-SiC/Si与3C-SiC的光致发光强度的差别,检测得到了掺铒后样品光致发光轮廓不变同时伴随发光强度增加的实验现象,运用能量转移模型解释了产生光致发光增强的原因,指出上述现象是Er<3+>和基质3C-SiC/Si共同作用的结果。
讨论了掺铒硅基3C-SiC的光致发光强度与Er<3+>注入剂量的关系,得到了Er<3+>注入剂量和光致发光强度的正比关系,分析了实验中存在的饱和现象,并得到了对应发光强度不再增长时所对应的Er<3+>注入值4×10<16>cm<-2>。