导读:本文包含了掺铒薄膜论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:薄膜,纳米,玻色子,多面体,基质,氧化锌,氧化铝。
掺铒薄膜论文文献综述
朱伟君,陈金鑫,高宇晗,杨德仁,马向阳[1]（2019）在《硅基掺铒二氧化钛薄膜发光器件的电致发光:共掺镱的增强发光作用》一文中研究指出在我们以前的工作(Zhu C, Lü C Y, Gao Z F, Wang C X, Li D S, Ma X Y, Yang D R 2015 Appl.Phys.Lett.107 131103)中,利用掺铒(Er)二氧化钛薄膜(TiO_2:Er)作为发光层,实现了基于ITO/TiO_2:Er/SiO_2/n~+-Si结构的发光器件的Er相关可见及近红外(约1540 nm)电致发光.本文将镱(Yb)共掺入TiO_2:Er薄膜中,显着增强了Er相关可见及近红外电致发光.研究表明,一定量Yb的共掺会导致TiO_2:Er薄膜由锐钛矿相转变为金红石相,从而使得Er~(3+)离子周围晶体场的对称性降低.此外,Yb~(3+)离子比Ti~(4+)离子具有更大的半径,这使TiO_2基体中Er~(3+)离子周围的晶体场进一步畸变.晶体场的对称性降低及畸变使得Er~(3+)离子4f能级间的跃迁概率增大.由于上述原因,Yb在TiO_2:Er薄膜的共掺显着增强了相关发光器件的电致发光.(本文来源于《物理学报》期刊2019年12期）
朱伟君[2]（2019）在《共掺杂对硅基掺铒二氧化钛薄膜发光器件的电致发光的增强效应》一文中研究指出基于掺铒(Er)的半导体发光器件在过去的近二十年间一直备受瞩目。宽禁带氧化物n型半导体材料TiO2已在相关报道中被证实能够作为Er发光合适的基体。近年来,我们课题组实现了 ITO/TiO2:Er/SiO2/n+-Si多层结构和TO2:Er/p+-Si异质结结构LED的电致发光(EL),其中TiO2:Er代表的是共掺Er的TiO2薄膜。然而,其中与Er相关的电致发光强度还有待进一步增强。本论文通过在TiO2基体中共掺特定杂质的策略,增强硅基TiO2:Er薄膜发光器件的Er电致发光。本论文取得的主要结果如下:(1).利用射频溅射法在p+-Si衬底和经过1100℃热氧化5min的n+-Si衬底上分别沉积共掺Zr的TiO2:Er[TiO2:(Zr,Er)]薄膜,Zr的名义含量为2.5-7.5%。在p+-Si衬底上沉积的薄膜在O2气氛下650℃热处理2h,而在氧化的n+-Si衬底上沉积的薄膜在O2气氛800℃热处理1h。在此基础上,分别制备出TiO2:(Zr,Er)/p+-Si异质结和ITO/TiO2:(Zr,Er)/SiO2/n+-Si多层结构的器件。为了对比,还分别制备出TiO2:Er//p+-Si异质结和ITO/TiO2:Er/SiO2/n+-Si多层结构的器件。研究表明:Zr的掺入不会改变TiO2:Er薄膜的锐钛矿晶相。上述两种结构下,基于共掺5at%Zr的TiO2:(Zr,Er)薄膜的器件比基于TiO2:Er薄膜的器件具有明显更强的可见及近红外区域(～1540nm波段)的电致发光。分析表明:具有较大离子半径的Zr4+离子对TiO2晶格中Ii离子的替代会扭曲Er3+离子周围的晶体场,使其对称性进一步降低,增大了 Er3+离子的4f能级间的跃迁几率,从而增强了 Er相关的发光。(2).利用射频溅射法在p+-Si衬底和经过1100℃热氧化5min的n+-Si衬底上分别沉积共掺Hf的TiO2:Er[TiO2:(Hf,Er)]薄膜,前者在O2气氛下65O℃C热处理2h,后者在02气氛下80O℃热处理1h,分别制备出TiO2:(Hf,Er)/p+-Si异质结和ITO/TiO2:(Hf,Er)/SiO2/n+-Si多层结构的器件。研究表明:与基于TiO2:Er薄膜的器件相比,在相同注入电流下,基于TiO2:(Hf,Er)薄膜的器件在可见及波长为～1540nm的近红外区的电致发光强度均得到明显提高。相关的增强发光机制与上述共掺Zr的相似。(3).利用射频溅射法,以1100℃C下热氧化5min的n+-Si为衬底,沉积共掺Yb的TiO2:Er[TiO2:(Yb,Er)]薄膜于衬底上,然后在O2气氛下800℃热处理1h,制备出ITO/TiO2:(Yb,Er)/SiO2/n+-Si多层结构的器件。与基于TiO2:Er薄膜的器件相比,基于TiO2:(Yb,Er)薄膜的器件在可见及近红外区域的电致发光强度均得到显着的提高。研究表明:共掺Yb使TiO2:Er薄膜由锐钛矿相转变成为金红石相。分析指出:Er3+离子处在金红石相TiO2基体中时,其附近的晶体场对称性比处在锐钛相TiO2基体中时低。此外,具有较大半径的Yb3+离子对TiO2晶格中Ti离子的替代会进一步扭曲Er3+离子周围的晶体场。上述两方面的因素增大了 Er3+离子4f能级间的跃迁几率,从而增强了 Er相关的发光。(本文来源于《浙江大学》期刊2019-05-08）
范冉冉[3]（2018）在《稀土铒离子与锗掺杂氧化锌薄膜的1.54μm荧光增强特性及掺铒氧化锌薄膜器件设计研究》一文中研究指出稀土材料具有光、电、磁叁大基本特性,其中发光是最基本的功能,因此稀土发光材料在稀土功能材料的应用中具有举足轻重的位置。稀土元素具有极为特殊的电子层结构特点,因此有着优异的光谱特性,如发射光谱呈线状,色纯度高,荧光寿命长,光谱形状很少随温度改变,温度猝灭小等特点。并且稀土元素包含极其丰富的能级跃迁通道,因此具有一般元素无法相比的发光特性,它们能够发射从紫外到红外光区各个波段的光。基于上述优势,稀土元素在工业、显示、医疗、辐射探测等领域均得到了广泛的应用,发挥着巨大的价值。将稀土离子掺入半导体材料中使其成为发光中心是制作发光器件和放大器件的重要方法,增强稀土离子可见和近红外发光的研究一直在进行。对于稀土元素铒(Er)来说,当Er3+受到外界光激发吸收泵浦光的能量后,由基态跃迁至高能级的激发态,由于粒子在激发态的寿命很短,因此很快以非辐射的方式驰豫到亚稳态,粒子在该能级有较长的寿命,当亚稳态的Er3+离子跃迁到基态时发射出1.54μm波长的光(4I13/2-4I15/2),该波长处于光纤通信的最低损耗窗口,被广泛地应用在掺铒光纤放大器中。稀土掺杂固体材料中的荧光光谱具有明显的淬火效应,即随着温度和稀土离子密度的提高荧光强度会显着减小。实验上发现这种淬火效应会随着基质材料禁带宽度的增加而减小,因此宽禁带半导体材料成为掺杂稀土元素的理想基质材料。研究发现富氧环境和使用宽禁带的基质材料可以极大地增强铒离子的发光,氧化锌(ZnO)因其富含氧离子,并且具有高达3.37 eV的禁带宽度逐步受到人们的关注。除此之外,ZnO还具有极强的抗辐照损伤能力,因此在涉及离子注入的半导体器件加工工艺如掺杂、绝缘等过程中具有特殊优势,在制作耐高温、高频和高功率的光电子器件方面具有巨大的潜力。所以在ZnO材料中掺入稀土离子使其成为高性能的光源材料一直是氧化锌研究的热点之一。然而稀土掺杂ZnO晶体的荧光研究始终没有取得令人满意的结果,其中一个很重要的原因是由于叁价Er离子与基质材料中二价Zn离子的电荷性质的差异,这使得Er离子在ZnO中的光学活性低,此外也由于叁价Er离子不能直接替位ZnO基质材料中的阳离子,使其在ZnO中的溶解度比较低。为提高稀土离子的荧光效率,在富氧基质材料中掺入纳米颗粒是一种行之有效的方法,其中研究得最多的是掺入硅(Si)纳米颗粒。部分研究认为Si纳米晶粒的加入可以增加稀土 Er3+离子的有效吸收截面,其中一个可能的机制为Si纳米晶吸收光子并激发出Si中的激子,激子的辐射复合过程发射光子,如果Si纳米晶附近存在Er3+,则激子也有可能通过非辐射复合过程将能量传递给Er3+,激发Er3+的荧光。实验发现含有Si纳米晶的SiO2基质中Er3+的室温荧光比单纯Er3+掺杂的荧光强度高了两个数量级。锗(Ge)在元素周期表中位于第Ⅳ主族,和Si一样都是重要的半导体材料,目前对于Ge纳米颗粒制备的研究不像硅纳米颗粒那么多。锗的激子波尔半径为24.3 nm,远大于晶体硅的4.9 nm,当纳米颗粒的尺寸小于波尔半径时有可能产生量子效应,引起能级分裂,因此在相同尺寸条件下,Ge纳米晶的量子约束效应会更为明显。基于对纳米颗粒的量子效应和掺杂导致的周围势场变化的考虑,当Ge纳米与铒共掺到氧化锌基质中时有可能会通过激子的非辐射复合过程将能量传递给周围的Er3+,借助Ge纳米较大的吸收截面以及Ge掺杂对铒离子周围局域势场对称性的降低作用,会让铒离子的能级跃迁更为有效,从而达到使Er3+的荧光效率大幅度提高的目的。除对光源材料的研究外,本文对提高稀土掺杂氧化锌发光效率的另一种考虑是在器件设计上,如通过对掺杂材料的小型化设计,增加激发光密度,减少光损耗,从而使得稀土的激发效率提高。围绕着提高氧化锌材料中Er离子的红外荧光效率这一方向,本论文通过上述两种方式对稀土 Er掺杂ZnO薄膜进行了研究。研究内容之一是通过将锗Ge与Er离子共同掺入ZnO薄膜的方式来增强稀土荧光的发光效率。创新之处在于将Ge掺入Er掺杂的ZnO薄膜中形成纳米颗粒,利用杂质能级或纳米结构的量子化性质所产生的附加能级,以及纳米结构具有大的光俘获截面的性质,使其成为将激发源的光有效地传递给稀土离子的媒介,以此增强Er离子的光吸收,达到提高红外荧光效率的目的。同时纳米颗粒的加入还可以破坏Er离子周围环境的对称性,有利于Er3+内4f能态电子的跃迁,使得掺杂的稀土离子更具活性。实验结果表明,纳米颗粒的存在使Er离子的荧光效率大幅度提高,与实验预期相符。另一项研究内容是在Er掺杂的ZnO薄膜上制作光子晶体及波导结构,其限光作用可以减小发光区的散射损耗,提高稀土离子的激发效率。具体研究内容如下:(1)研究使用磁控溅射方法生长掺铒氧化锌薄膜的条件和薄膜性质。系统地研究了磁控溅射长膜时的生长温度、环境压强、氧氩比、及衬底类型对薄膜结构,性质以及铒离子荧光的影响。实验发现当衬底温度较小时,薄膜的结晶质量较差,晶体晶界较多,随着温度的增加ZnO衍射峰的强度大幅度加强,薄膜的结晶质量逐渐变好。同时氩气含量的增加也会使薄膜质量提高,薄膜C轴方向的择优取向逐渐增强。调整溅射压强也对薄膜的结晶性质产生影响,较强的压强会使薄膜晶化质量提高。并且在蓝宝石衬底上生长的薄膜质量要高于硅衬底。通过测量样品的红外荧光光谱发现,随着氧化锌的结晶性变好,Er3+的局部环境得到改善,Er离子的发光反而逐渐减弱。因此要保证薄膜具有较好的结构性质同时又能有效地激发Er的荧光,必须协调温度、压强、氧氩比以及薄膜生长速度之间的关系。实验发现适当降低衬底温度,减小工作压强,提高溅射氧氩比,有利于Er离子发射1.54μm荧光。通过反复系统地尝试,最终确定出磁控溅射Er掺杂ZnO薄膜的生长参数。(2)研究了 Ge纳米颗粒对掺铒氧化锌薄膜的荧光效率的增强作用,这也是本文的核心内容。分别采用直接溅射生长和离子注入两种掺杂方法在掺Er氧化锌薄膜中掺入设定浓度的Ge,并通过后续高温退火形成锗纳米颗粒,详细地研究了退火参数对Ge纳米颗粒形成的影响。实验发现Ge纳米颗粒的可见荧光的性质与其量子限域效应有关,相应的荧光光谱随着纳米尺寸的减小发生蓝移,而且尺寸越小,蓝移程度越大。与此同时含锗纳米颗粒的薄膜荧光强度产生了大幅度提高,其中尺寸为5 nm左右的锗纳米颗粒对荧光增强的效果最为显着。为解释实验结果我们采用半经典理论对Ge纳米晶的量子效应以及对Er红外荧光增强的原因进行了解释。根据该理论,5 nm左右锗纳米颗粒发射的光子能量约为2.2eV,而这个能量可以与Er3+的2H11/2-4I15/2能级跃迁产生共振。在外部激励条件下,nc-Ge既可以发射可见荧光,也能以共振的方式将能量传递给邻近的Er离子,使其从基态4I15/2跃迁至激发态,然后通过非辐射跃迁的方式到达第一激发态4113/2,进而跃迁至基态4I15/2并辐射波长为1.54μm的荧光,由于nc-Ge有较大的有效吸收截面,这使得共振能量传递更为有效。同时锗纳米颗粒的存在会有效地破坏Er离子局域势场的对称性,提高能级跃迁几率,也能起到增强1.54μm的荧光强度的作用。实验结果表明Er3+的荧光增强主要与nc-Ge的尺寸,浓度与分布有关。(3)掺铒氧化锌薄膜光子晶体结构。薄膜具有良好的1.54 μm发光特性和单模波导特性。在掺铒氧化锌薄膜中通过聚焦离子束刻蚀的方法制成光子晶体结构,通过设定光子晶体的半径及线缺陷结构,使Er的发光波段1.54 μm落入光子晶体的带隙中,当用短波长的光激发光子晶体时,铒离子跃迁发射的1.54 μm光波在光子晶体的缺陷区传播,由于光子晶体的叁维限光作用,该器件可以控制光的传播方向,减小发光区的散射损耗,提高发光效率,可以应用在光通信设计中,提高1.54 μm波段的增益。(4)掺铒氧化锌薄膜单模波导结构。薄膜具有良好的1.54μm 发光特性和单模波导特性。脊型波导结构在两个侧面都有消逝波的剧烈衰减,这赋予了它强烈的限光能力,适用于高灵敏度器件,尤其是小型化、集成化光学器件。在掺铒氧化锌薄膜中通过聚焦离子束刻蚀的方法制成单模波导结构,当用短波长的光激发波导时,铒离子跃迁发射1.54μm光波,波导的限光作用可以产生定向发射,减小发光区的散射损耗,同样有利于荧光效率的提高。(本文来源于《山东大学》期刊2018-05-15）
高宇晗,傅乾毓,李东升,杨德仁[4]（2017）在《掺铒氧化硅薄膜中硅酸铒的相变及其发光性能的研究》一文中研究指出实现硅基光互连现在亟待解决的问题是获得与当今集成电路制造工艺兼容的高效硅基光源。掺铒硅基材料由于其发光峰位于1.54μm光通信波段而备受瞩目。同时为了达到足够的光增益,足够高的铒浓度是必要的[1]。于是铒含量高达10~(22) cm~(-3)的硅酸铒材料便受到了广泛的关注[2,3]。本文通过电子束蒸发(EBE)制备了掺有不同铒含量的二氧化硅薄膜。表1列出了各个薄膜中的铒含量。由于Er_2O_3和SiO_2混合靶材中Er_2O_3和SiO_2的熔点相差较大,薄膜呈现出明显的分层结构。经过1100 oC以上的热处理,薄膜中铒浓度较高的薄层形成了硅酸铒结晶。各样品经不同温度热处理后的XRD图谱如图1所示。在较低的热处理温度下,硅酸铒以y-Er_2Si_2O_7相存在,在较高温度的热处理下,y-Er_2Si_2O_7转变为α-Er_2Si_2O_7。另外,薄膜中的铒含量也影响了硅酸铒的相转变,较低的铒含量会促进α-Er_2Si_2O_7在更低的热处理温度下形成。我们分别研究了含有y-Er_2Si_2O_7及含有α-Er_2Si_2O_7的薄膜的光学性能,如图2所示。y-Er_2Si_2O_7具有更强的PL强度,更长的发光寿命及更弱的温度淬灭效应。这主要是由两不同相的结构决定的。α-Er_2Si_2O_7的晶胞中具有4种Er3+填充位,配位多面体的形状存在强烈的变化,而y-Er_2Si_2O_7晶胞中含有2个等效的Er3+填充位,配位多面体形状变化弱。于是y相中Er-Er间距较大,浓度淬灭效应较弱,导致其发光寿命更长,PL强度也更强。另外,y-Er_2Si_2O_7中Er的配位数为6,小于α-Er_2Si_2O_7,并且y相中Er与O的平均距离小于α相,导致其变化性较小,Er与O之间的键能更强,因此y相随温度升高淬灭较小。(本文来源于《第十二届全国硅基光电子材料及器件研讨会会议论文集》期刊2017-05-25）
高志飞[5]（2016）在《硅基掺铒二氧化钛薄膜的电致发光》一文中研究指出多年来,基于掺铒(Er)绝缘体或半导体的发光器件由于具有光通讯波段的～1540nm的发光被广泛研究。作为一种宽禁带半导体材料,TiO2已被证明是实现Er3+离子发光的合适基体。近年来,利用硅基掺Er的TiO2薄膜(TiO2:Er)的TiO2:Er/p+-Si异质结器件的电致发光已经实现。本文通过对TiO2:Er薄膜进行不同方式的处理,进一步地研究TiO2:Er/p+-Si异质结器件的电致发光及其机理,取得如下主要结果：(1)对比研究了基于550℃、650℃、750℃和850℃热处理的TiO2：Er薄膜的TiO2:Er/p+-Si异质结器件的电致发光。在足够高的正向偏压(即：p+-Si接正压)下,基于550℃和650℃热处理的TiO2:Er薄膜的器件产生与Er3+离子和TiO2基体中氧空位相关的电致发光,其中与Er3+离子相关的发光是以氧空位为敏化中心的从TiO2基体向Er3+离子传递的能量所激发的；而基于750℃和850℃热处理的TiO2:Er薄膜的器件则不发光；在足够高的反向偏压下,基于750℃和850℃热处理的TiO2:Er薄膜的器件产生仅与Er3+离子相关的电致发光,它是由热电子碰撞激发Er3+离子所致的；而基于550℃和650℃热处理的TiO2:Er薄膜的器件则不发光。分析指出：随着TiO2:Er薄膜的热处理温度的提高,在p+-Si和TiO2:Er薄膜之间形成的氧化硅(SiOx,x≤2)层越来越厚,从而改变了载流子在器件中的输运行为,从而导致不同的电致发光机制。(2)对比研究了经过Ar等离子体处理的和未处理的TiO2薄膜的光致发光以及基于这两种TiO2薄膜的TiO2/p+-Si异质结器件的电致发光。研究发现：TiO2薄膜经过由工作气压为3.5 Pa和放电功率为30 W所产生的Ar等离子处理后,在光致发光强度上比未处理的TiO2薄膜增加了两倍以上；并且,在相同电流下基于上述Ar等离子处理的TiO2薄膜的TiO2/p+-Si异质结器件在电致发光强度上也比基于未处理的TiO2薄膜的器件高出一倍以上。这是由于上述Ar等离子体处理使TiO2薄膜中的氧空位浓度提高,而TiO2的光致和电致发光都是由氧空位相关的束缚激子复合而产生的。(3)对比研究了Ar等离子体处理的和未处理的TiO2:Er薄膜的光致发光以及基于这两种TiO2:Er薄膜的TiO2:Er/p+-Si异质结器件的电致发光。这里,TiO2：Er薄膜的Ar等离子处理也是在工作气压为3.5 Pa和放电功率为30 W的条件下进行的。研究发现,TiO2:Er薄膜经过Ar等离子处理后,在光致发光强度上比未处理的TiO2:Er薄膜增加了一倍以上；并且,在相同电流下基于上述Ar等离子处理的TiO2:Er薄膜的TiO2:Er/p+-Si异质结器件在电致发光强度上也比基于未处理的TiO2:Er薄膜的器件高出一倍左右。这是由于上述Ar等离子体处理使TiO2:Er薄膜中的氧空位浓度提高,这一方面增强了TiO2基体的与氧空位相关的发光,另一方面增强了以氧空位为敏化中心的从TiO2基体向Er3+离子的能量传递,从而增强了与Er3+离子相关的发光。(本文来源于《浙江大学》期刊2016-05-15）
傅乾毓[6]（2016）在《掺铒SiO_x及硅酸铒薄膜的敏化发光研究》一文中研究指出随微电子工业的迅猛发展,集成电路中晶体管集成度的不断提高,传统金属互连导致功耗增加、器件发热,传输延迟、信号层间串扰等一系列问题已经成为制微电子工业发展的瓶颈。用光子取代传统的电子作为信息载体的光互连被认为是一种有效的解决途径,而发展与当前集成电路制造工艺相兼容的高效硅基光源则是实现这一途径的关键。由于铒离子的红外发光正好对应光纤通讯的最小损耗窗口,且基于铒发光器件的制备工艺与标准CMOS工艺相兼容,使得掺铒硅基材料成为硅基光源的理想候选材料,引起了广泛的研究。本论文利用电子束蒸发法制备了不同铒掺杂浓度的富硅氧化硅薄膜(SROEr),然后通过合适的热处理条件引入了稳定的发光中心,实现高效敏化铒离子发光,同时研究了铒离子发光的温度特性。进而,通过对比不同的热处理方式,优化了高浓度掺铒条件下薄膜的发光,并且得到了硅酸铒析出所需的条件。最后,研究了不同晶体结构硅酸铒的光学性能以及实现了硅酸铒的敏化发光。取得如下主要成果：(1)通过电子束蒸发法制备了低富硅量且含有大量发光中心的SROEr薄膜,随着热处理温度从500℃到900℃,发光中心不断演变,且均可以观察到铒离子的敏化发光,并在900℃热处理样品获得了最强的铒离子的发光。(2)通过比较铒离子的激发速率与掺杂浓度,半定量地证实了低温(<1100℃)热处理的掺铒富硅氧化硅薄膜中,具有原子尺度的发光中,心相对于纳米硅对于铒离子具有更高效的敏化作用。对900℃热处理样品进行了变温PL研究,证实了铒离子发光具有良好的温度稳定性,并且发光中心敏化铒离子是一个声子辅助的能量传递过程。(3)在1021cm-3量级的铒掺杂浓度下,提高快速热处理温度可以提高光学活性铒离子的浓度。快速热处理相对于常规热处理可以在薄膜中保留更多的发光中心,有助于高浓度掺铒富硅氧化硅薄膜中铒离子的发光。而常规热处理2小时则导致掺铒浓度为2.0×1021cm-3的薄膜中析出晶态的硅酸铒(Er2Si207),并且纳米硅析出在其中起到诱导作用。(4)通过电子束蒸发法制备了层状硅酸铒Er2Si2O7,在1100℃和1150℃热处理温度下分别为y相和α相。通过分析两种晶相硅酸铒的光学性质,发现y-Er2Si207光学性质要优于((?)-Er2Si2O7。(5)相比于不含有Si薄层的硅酸铒样品,薄膜制备过程中引入Si薄层显着增强了硅酸铒中Er3+的发光,这表明Si薄层的引入对硅酸铒的发光起到了明显的敏化作用。但薄膜中铒浓度降低抑制了硅酸铒结晶层的形成,且导致了薄膜中形成α-Er2Si2O7,不利于硅酸铒的敏化发光。(本文来源于《浙江大学》期刊2016-05-01）
金璐[7]（2013）在《掺铒富硅氧化硅薄膜光学性能研究》一文中研究指出硅基光子芯片结合了光电子和微电子的优点,不仅能以光子作为信息载体提高器件的传输速度、减小器件能耗,还能利用现有的硅集成电路工艺降低器件的制造成本,实现大规模的商业化应用,是国际研究的重要前沿领域。然而,可集成于芯片内部的硅基光源仍然缺失,制约了硅基光子学的发展。掺铒富硅氧化硅薄膜(SROEr)是实现硅基光源的有效途径之一,它不仅可与目前的硅集成电路工艺兼容,而且铒的发光峰(1.54μm)正好位于光纤的最低传输损耗窗口,引起了国际上的广泛关注。但是SEORr中铒的发光效率低,如何实现其高效发光是目前亟待解决的关键问题。本文通过制备工艺的改进在SROEr薄膜中引入了大量的纳米硅(Si NCs)和稳定的发光中心,在实现Si NCs和发光中心对铒的敏化作用的同时,获得了发光性能优异的SROEr薄膜。本文的主要创新结果如下：(1)通过对富硅氧化硅基体(SRO)制备工艺的研究,获得了发光性能好的SRO薄膜。采用不同方法(电子束蒸发法和磁控溅射法)以及后续热处理工艺(退火时间、温度等)的优化,制备了组份及微结构可调的SRO薄膜。其中,采用电子束蒸发法制备的SRO薄膜疏松、多孔,而采用磁控溅射法制备的SRO薄膜则比较致密。研究发现：疏松、多孔的SRO薄膜中存在大量的发光中心和Si NCs,而且薄膜中的Si NCs密度高、质量好,其发光性能优于致密的SRO薄膜。(2)在SROEr薄膜中实现了发光中心和Si NCs发光的可调性。采用电子束蒸发法制备了不同富硅量的SROEr薄膜。高富硅量薄膜中Si NCs尺寸较大,基体非晶网络中的发光区域小,Si NCs的发光占主导；当薄膜富硅量较低时,基体非晶网络中存在大量稳定的、与Si NCs共存的发光中心(主要是Si=O双键),发光中心的发光占主导；薄膜中富硅量适中时,发光中心和Si NCs的发光强度相当。(3)实现了含稳定发光中心(主要是Si=O双键)的SROEr薄膜的制备,研究了该发光中心和Si NCs对铒的共同敏化作用。采用电子束蒸发法制备了含稳定发光中心的SROEr薄膜,这一稳定的发光中心和Si NCs都能作为铒的有效敏化剂,增强铒的发光。当发光中心和Si NCs的发光强度相当时,敏化剂与铒之间可实现最佳耦合,铒的发光性能最优。(4)通过对SRO及SROEr薄膜制备工艺的控制,实现了薄膜中Si NCs微观结构和尺寸的调控,研究了其对铒发光的调制作用。采用磁控溅射法制备了含不同富硅量的SRO以及SROEr薄膜。富硅量较低的薄膜中,SiNCs尺寸较小,Si NCs颗粒之间相互分离。而在富硅量较高的薄膜中,尽管Si NCs对铒的能量传递效率较高,但是Si NCs尺寸较大,且Si NCs颗粒之间相互交迭,这会引入非辐射复合降低Si NCs以及铒的发光强度。(5)阐述了掺铒浓度高的SROEr薄膜中铒发光饱和的原因。研究指出：高掺铒浓度的SROEr薄膜中有大颗粒硅酸铒的析出,导致Si NCs与铒的耦合效率降低,铒的发光饱和。(本文来源于《浙江大学》期刊2013-07-05）
章新栾,王军转,杨森林,杨明珠,陆昉[8]（2011）在《掺铒Al_2O_3/Si多层薄膜中纳米晶Si的形成和敏化效应》一文中研究指出采用脉冲激光沉积制备了掺铒Al2O3/Si多层薄膜,在淀积过程中脉冲激光溅射产生的高能量Er原子渗透进入非晶硅层,并引入了额外的应力,在低退火温度下诱导形成纳米晶Si。利用纳米晶Si作为敏化剂有效地增强了Er3+在Al2O3中的光致发光。样品微观结构和发光强度的关系表明,获得高密度和小尺寸的纳米晶Si和Er3+处于良好的发光环境是实现优化发光的关键,最优化的Er3+发光强度在退火温度为600℃的条件下得到。(本文来源于《固体电子学研究与进展》期刊2011年06期）
章新栾[9]（2011）在《掺铒氧化铝/硅多层薄膜发光特征的研究》一文中研究指出铒离子内层4f电子的发光波长位于1.54μm,该波长对应于石英光纤的最小损耗窗口,因此硅基掺铒发光薄膜在光互连和光电集成方面的应用引起了很大的研究兴趣。以纳米晶硅为感光剂来增强铒离子的发光得到广泛的研究,通常需要一个较高的退火温度(>900℃)来生成纳米硅,而且用纳米硅来增强铒离子在氧化铝中发光的相关研究比较少。本论文采用脉冲激光沉积制作了掺铒氧化铝／硅多层薄膜高效发光材料以及器件,在低温退火下得到了纳米晶硅,并利用纳米硅作为感光剂有效地增强了铒离子在氧化铝中的发光。通过对比掺杂铒和未掺杂铒的样品,我们发现由于在PLD淀积过程中产生的高能量的铒原子渗入了硅层,引入了额外的应力,使得纳米硅在低的退火温度下形成。使用拉曼散射、X射线衍射和高分辨率透射电镜对样品的微观结构给予全面的表征,同时也对纳米晶硅的形成给出了强有力的证据。通过光致发光、光致荧光激发谱、时间衰减谱等测量,我们研究了多层膜的光致发光特性。结果表明引入纳米硅作为感光剂,大大地增强了铒离子的发光。最优化的Er3+发光强度在退火温度在600℃左右得到,在更高的退火温度下变弱。退火温度对发光的影响的研究表明,高密度的小尺寸的纳米硅,较小的纳米硅和铒离子的距离,以及Er3+的良好的发光环境是实现优化发光的关键。我们在多层薄膜样品的表面蒸镀了一层银膜,引入表面等离激元进一步增强了铒离子的发光。另外我们用多层薄膜材料制备了MIS结构电致发光器件,掺铒的氧化铝／硅多层薄膜器件在室温下得到了较好的铒电致发光。我们的研究结果表明铒掺杂的氧化铝／硅多层薄膜材料可能成为将来的低功耗的硅基红外发光光源的一个很有应用前景的备选材料。(本文来源于《南京大学》期刊2011-05-01）
王军转,夏艳,石卓琼,施毅,濮林[10]（2007）在《掺铒氧化铪薄膜材料在1．54μm的光子和电子激发的发光特性》一文中研究指出由于 Er 离子内层4f 电子的发光波长位于1．54μm,符合光纤通讯的最小吸收波长,因而掺 Er 材料在集成光电技术方面的应用引起了人们很大的兴趣。最初,人们专注于研究在 Si 基材料中掺 Er,但是在这些 Si 基材料中 Er 的固溶度不高,并且要实现 Er 离子的室温发光,必须共掺 O 来防止 Er 的偏析。最近,人们开始尝试在像 Al_2O_3、Y_2O_3和 TiO_2 等绝缘氧化物材料中掺 Er。由于这些绝缘材料有很大的禁带宽度,因此可以有效的抑制由能量去激发所带来的 Er~(3+)发光的温度淬灭效应；同时这些绝缘氧化物材料中含有足够的 O, Er 在这些材料中有着很高的固溶度,因此可以产生更多的光激活 Er~(3+)来实现高效的 Er 的发光。近年米,氧化铪(HfO_2)作为 Si 集成电路器件下一代高 K 绝缘介质材料止在被深入研究。在光电子器件应用方面,HfO_2和 Si 接触时具有非常好的热稳定性,有利于实现与 Si 的光电集成；有比较低的声子能量,可以获得较低的非辐射衰减速率；折射率高,作为波导材料可以实现高约束、低损耗以及允许小的波导半径,用米制作微小波导元件。这些优点使 HfO_2 有可能成为很好的掺 Er 发光基质材料,但目前尚未见相关的系统性研究工作报道。因此, 有必要在 HfO_2薄膜中尝试掺 Er 来研究其发光特性及机理。(本文来源于《第11届全国发光学学术会议论文摘要集》期刊2007-08-01）
掺铒薄膜论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
基于掺铒(Er)的半导体发光器件在过去的近二十年间一直备受瞩目。宽禁带氧化物n型半导体材料TiO2已在相关报道中被证实能够作为Er发光合适的基体。近年来,我们课题组实现了 ITO/TiO2:Er/SiO2/n+-Si多层结构和TO2:Er/p+-Si异质结结构LED的电致发光(EL),其中TiO2:Er代表的是共掺Er的TiO2薄膜。然而,其中与Er相关的电致发光强度还有待进一步增强。本论文通过在TiO2基体中共掺特定杂质的策略,增强硅基TiO2:Er薄膜发光器件的Er电致发光。本论文取得的主要结果如下:(1).利用射频溅射法在p+-Si衬底和经过1100℃热氧化5min的n+-Si衬底上分别沉积共掺Zr的TiO2:Er[TiO2:(Zr,Er)]薄膜,Zr的名义含量为2.5-7.5%。在p+-Si衬底上沉积的薄膜在O2气氛下650℃热处理2h,而在氧化的n+-Si衬底上沉积的薄膜在O2气氛800℃热处理1h。在此基础上,分别制备出TiO2:(Zr,Er)/p+-Si异质结和ITO/TiO2:(Zr,Er)/SiO2/n+-Si多层结构的器件。为了对比,还分别制备出TiO2:Er//p+-Si异质结和ITO/TiO2:Er/SiO2/n+-Si多层结构的器件。研究表明:Zr的掺入不会改变TiO2:Er薄膜的锐钛矿晶相。上述两种结构下,基于共掺5at%Zr的TiO2:(Zr,Er)薄膜的器件比基于TiO2:Er薄膜的器件具有明显更强的可见及近红外区域(～1540nm波段)的电致发光。分析表明:具有较大离子半径的Zr4+离子对TiO2晶格中Ii离子的替代会扭曲Er3+离子周围的晶体场,使其对称性进一步降低,增大了 Er3+离子的4f能级间的跃迁几率,从而增强了 Er相关的发光。(2).利用射频溅射法在p+-Si衬底和经过1100℃热氧化5min的n+-Si衬底上分别沉积共掺Hf的TiO2:Er[TiO2:(Hf,Er)]薄膜,前者在O2气氛下65O℃C热处理2h,后者在02气氛下80O℃热处理1h,分别制备出TiO2:(Hf,Er)/p+-Si异质结和ITO/TiO2:(Hf,Er)/SiO2/n+-Si多层结构的器件。研究表明:与基于TiO2:Er薄膜的器件相比,在相同注入电流下,基于TiO2:(Hf,Er)薄膜的器件在可见及波长为～1540nm的近红外区的电致发光强度均得到明显提高。相关的增强发光机制与上述共掺Zr的相似。(3).利用射频溅射法,以1100℃C下热氧化5min的n+-Si为衬底,沉积共掺Yb的TiO2:Er[TiO2:(Yb,Er)]薄膜于衬底上,然后在O2气氛下800℃热处理1h,制备出ITO/TiO2:(Yb,Er)/SiO2/n+-Si多层结构的器件。与基于TiO2:Er薄膜的器件相比,基于TiO2:(Yb,Er)薄膜的器件在可见及近红外区域的电致发光强度均得到显着的提高。研究表明:共掺Yb使TiO2:Er薄膜由锐钛矿相转变成为金红石相。分析指出:Er3+离子处在金红石相TiO2基体中时,其附近的晶体场对称性比处在锐钛相TiO2基体中时低。此外,具有较大半径的Yb3+离子对TiO2晶格中Ti离子的替代会进一步扭曲Er3+离子周围的晶体场。上述两方面的因素增大了 Er3+离子4f能级间的跃迁几率,从而增强了 Er相关的发光。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
掺铒薄膜论文参考文献
[1].朱伟君,陈金鑫,高宇晗,杨德仁,马向阳.硅基掺铒二氧化钛薄膜发光器件的电致发光:共掺镱的增强发光作用[J].物理学报.2019
[2].朱伟君.共掺杂对硅基掺铒二氧化钛薄膜发光器件的电致发光的增强效应[D].浙江大学.2019
[3].范冉冉.稀土铒离子与锗掺杂氧化锌薄膜的1.54μm荧光增强特性及掺铒氧化锌薄膜器件设计研究[D].山东大学.2018
[4].高宇晗,傅乾毓,李东升,杨德仁.掺铒氧化硅薄膜中硅酸铒的相变及其发光性能的研究[C].第十二届全国硅基光电子材料及器件研讨会会议论文集.2017
[5].高志飞.硅基掺铒二氧化钛薄膜的电致发光[D].浙江大学.2016
[6].傅乾毓.掺铒SiO_x及硅酸铒薄膜的敏化发光研究[D].浙江大学.2016
[7].金璐.掺铒富硅氧化硅薄膜光学性能研究[D].浙江大学.2013
[8].章新栾,王军转,杨森林,杨明珠,陆昉.掺铒Al_2O_3/Si多层薄膜中纳米晶Si的形成和敏化效应[J].固体电子学研究与进展.2011
[9].章新栾.掺铒氧化铝/硅多层薄膜发光特征的研究[D].南京大学.2011
[10].王军转,夏艳,石卓琼,施毅,濮林.掺铒氧化铪薄膜材料在1．54μm的光子和电子激发的发光特性[C].第11届全国发光学学术会议论文摘要集.2007
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