稀土离子和硅宝博体育- 宝博体育官网- APP下载 BaoBoSports掺杂氧化锌薄膜的荧光性质研究pdf

2026-04-01 23:27:34

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　　近年来，随着光纤通信技术的不断发展，铒ER掺杂的半导体材料引起了研究者的极大兴趣。这是因为，ER离子在1540NM处有很好的的荧光性质，而这一波段正好是光纤通讯的最低损耗窗口之一。然而，1540NM的辐射跃迁对于ER离子来说，属于其电子壳层4F层组态内的跃迁（简称FF跃迁），是不符合宇称守恒定则的，即该跃迁在常规情况下是禁戒的。因此，数以万计的研究团队针对这个问题作出了巨大的努力，并提出了相应的解决方案。在众多解决方法中，我们发现，如果将ER离子置于环氧环境中，并且以宽禁带半导体作为宿主的话，那么该禁戒就能够被打破FF跃迁不仅能够实现，而且还可能得到优良的荧光性质。考虑到这两个方面，我们最终选择了氧化锌ZNO作为宿主，而且在磁控溅射生长ZNO∶ER薄膜的时候通入一定量的氧气O2。ZNO是一种宽禁带直接带隙半导体材料，禁带宽度337EV（常温），而且具有较大的激子结合能60MEV，它在短波长发光二极管、激光器和太阳能电池等方面应用广泛。在本论文中，我们主要运用磁控溅射方法探索了ZNO∶ER薄膜的生长条件，并研究了薄膜厚度、退火温度、衬底类型以及硅SI离子注入等条件对薄膜中ER离子红外荧光的影响，并在后期重点分析了衬底SI扩散对其荧光的抑制作用。在实验过程中，我们运用卢瑟福背散射的实验方法测量并计算了薄膜的厚度及组分，依托X射线衍射谱分析了薄膜的结晶性质，至于薄膜的表面形貌，我们则是利用光学显微镜和原子力显微镜等进行观察。当然，所有的红外光谱都是由532NM的绿光激光器作为泵浦源，通过铟镓砷探测器接收信号，经过一定处理而得到的。通过分析，我们发现，一般情况下，以SISIO2作为衬底，薄膜的厚度越厚，退火到250℃左右，ER1540NM的荧光强度会更强。当退火温度达到550℃时，ER1540NM荧光会减弱，一方面是和能量传输相关的如缺陷能级等“中间态”少了，另一方面是因为550℃的退火环境会诱发比较严重的衬底SI扩散，这些扩散进薄膜的SI会“抢夺”ER的能量用于自身的发光、发热等，从而降低了ER的荧光效率。关于这一过程，我们首次建立了相应的能量传输机制模型，并具体分析了SI和ER能量传输效率低的原因。此外，我们还向ZNO∶ER薄膜中注入了不同剂量的SI离子，发现当注入剂量远大于薄膜中的ER含量时，ER1540NM的荧光重归禁戒。但是样品经过高温退火（氮气环境）后，随着薄膜损伤的恢复，该禁戒又会被打破。这些实验结果及结论，对于SI基光电子材料的制作、集成等方面具有一定的参考意义，也为稀土发光理论的大楼添砖加瓦。