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作者：龙佳云南大学

学位级别：硕士

近几十年以来,Si、ge作为代表性的四族半导体材料,因其特殊的性质以及在信息、能源、环境等材料领域的应用潜力,为新型固态电子、光电子器件及基础理论研究提供了一种优选材料。本论文主要从事ge、Si薄膜材料和零维材料的研究。其中薄... 详细信息

近几十年以来,Si、ge作为代表性的四族半导体材料,因其特殊的性质以及在信息、能源、环境等材料领域的应用潜力,为新型固态电子、光电子器件及基础理论研究提供了一种优选材料。本论文主要从事ge、Si薄膜材料和零维材料的研究。其中薄膜材料的结晶性以及表面平整度对其物理性能有很大影响,采用快速热退火手段调控不同类型薄膜材料的结晶结构:其中,探讨退火温度、退火时间、Si缓冲层质量和厚度等因素对ge薄膜结晶性的影响,以及研究退火温度和c-ge填埋层质量对Si薄膜结晶性的影响。另外,在石墨烯表面上进行了不同生长时间直接溅射沉积ge量子点的研究。以上研究取得的主要研究成果如下:1.采用正交实验法对影响ge薄膜结晶性的主要因素进行分析,从而判断出各影响因素的主次顺序:退火温度>退火时间>Si缓冲层厚度,其中,各因素的优化水平参数为退火温度450℃(略优于420℃)、退火时间20 min及Si缓冲层厚度50 nm。然后依次研究了退火温度、退火时间和Si缓冲层厚度这三个因素对ge薄膜结晶性的影响。其中退火温度为420℃,退火时间为20 min,Si缓冲层厚度为50 nm的ge薄膜的结晶率最高,达到80%,且表面粗糙度小,总体来说ge薄膜质量较好,基本符合正交实验的结论。2.研究了 Si缓冲层质量对ge膜结晶性的影响。其中,a-Si缓冲层上ge膜的退火结晶温度为420℃,结晶率达到80%;c-Si缓冲层上ge膜退火结晶温度为360℃,降低了 60℃,但薄膜的结晶率相比也减少了1 5%左右。同时发现在低温段(≤450℃)退火,ge薄膜都未出现ge和Si互混的现象。3.研究了退火温度和ge诱导层质量对Si薄膜结晶性的影响。随着退火温度的升高,Si薄膜结晶性越好。其中,退火温度为800℃时,a-ge诱导层上Si膜结晶率只达40%。而c-ge诱导层诱导Si薄膜晶化,结晶率可提高10%。4.当ge点生长温度为270℃,随着溅射时间的增加,石墨烯虚拟衬底上ge点尺寸和密度先增加后减小。其中溅射180 s时,ge量子点密度最大,形貌和尺寸最为均匀。并通过XRF的定量分析,进一步证明了 ge的存在,确认了石墨烯基ge qds的生长。

关键词：薄膜后退火结晶 ge qds

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Effects of annealing temperature on shape transformation and optical properties of germanium quantum dots

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Chinese Physics B 2015年第2期24卷 459-466页

作者： Alireza Samavati Z.Othaman S.K.Ghoshal M.K.Mustafa Ibn Sina Institute for Fundamental Science Studies Universiti Teknologi Malaysia Advanced Optical Material Research Group Department of PhysicsFaculty of ScienceUniversiti Teknologi Malaysia Faculty of Science Technology and Human Development Universiti Tun Hussein Onn Malaysia

The influences of thermal annealing on the structural and optical features of radio frequency（rf） magnetron sputtered self-assembled ge quantum dots（qds） on Si（100） are *** oriented structures of ge along the（220） and（111） directions together with peak shift and reduced strain（4.9%to 2.7%） due to post-annealing at 650 ℃ are discerned from x-ray differaction（XRD） *** force microscopy（AFM） images for both pre-annealed and post-annealed（650 ℃） samples reveal pyramidal-shaped qds（density - 0.26×10^11 cm^-2） and dome-shape morphologies with relatively high density - 0.92×10^11 cm^-2,*** shape transformation is attributed to the mechanism of inter-diffusion of Si in ge interfacial intermixing and strain *** annealing temperature assisted qds structural evolution is explained using the theory of nucleation and growth kinetics where free energy minimization plays a pivotal *** observed red-shift - 0.05 eV in addition to the narrowing of the photoluminescence peaks results from thermal annealing,and is related to the effect of quantum ***,the appearance of a blue-violet emission peak is ascribed to the recombination of the localized electrons in the ge-qds/SiO2 or geOx and holes in the ground state of ge *** spectra of both samples exhibit an intense ge-ge optical phonon mode which shifts towards higher frequency compared with those of the bulk *** experimental Raman profile is fitted to the models of phonon confinement and size distribution combined with phonon confinement to estimate the mean dot sizes.A correlation between thermal annealing and modifications of the structural and optical behavior of ge qds is *** growth of ge qds with superior properties suitable for optoelectronic applications is demonstrated.

关键词： ge qds sputtering surface morphology optical properties

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石墨烯/geqds复合材料的制备及其光电性能研究

石墨烯/GeQDs复合材料的制备及其光电性能研究

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作者：吕文霞云南大学

学位级别：硕士

石墨烯具有近零带隙、高导电性、高迁移率、高透明性和高柔韧性等优良的物理特性,因此石墨烯被广泛应用于光电器件的制备。然而,石墨烯的弱光吸收使其缺少光谱选择吸收特性和光增益特性,因此基于单一的石墨烯基光电探测器无法获得较优... 详细信息

石墨烯具有近零带隙、高导电性、高迁移率、高透明性和高柔韧性等优良的物理特性,因此石墨烯被广泛应用于光电器件的制备。然而,石墨烯的弱光吸收使其缺少光谱选择吸收特性和光增益特性,因此基于单一的石墨烯基光电探测器无法获得较优的光电探测性能。锗量子点(ge qds),由于其激子玻尔半径较大(约24.3nm)而表现出明显的量子限域效应,是实现硅基光电探测器高效发光和光电响应的理想光吸收材料,但由于其迁移率较低限制了ge qds的光增益特性,所以目前基于ge qds的光电探测器研究还不深入。本论文为解决上述问题,结合石墨烯的高迁移率特性和ge qds可调节的光吸收特性,将石墨烯和ge qds构成复合纳米材料,研究其复合体系中电荷的有效转移机制,并制备高响应率、高探测率以及高光增益的复合光电探测器。本论文的主要研究内容及结论如下:首先研究了石墨烯的制备与表征。采用化学气相沉积(CVD)法与湿化学转移法进行单/双层石墨烯的制备,再利用拉曼光谱(Raman)测试、光学显微镜测试、透过率测试等对所获得的石墨烯进行表征与分析。实验结果表明:通过该方法制备出大尺寸、较高质量的单/双层石墨烯薄膜。其次是将获得的石墨烯经过光刻、氧气等离子体刻蚀、高真空蒸镀电极等方式进行石墨烯基光电探测器的制备,然后利用532 nm激光器对其进行光电性能的测试研究。通过对输出特性(I-V)曲线、转移特性(I-V)曲线、光调制特性(不同光功率密度下的I-V)曲线等分析计算得出单层石墨烯迁移率为1998 cm/V·s,单层石墨烯基光电探测器在光功率密度为10.4 mW/cm、V=0.5 V的条件下,其响应率为0.37 A/W,探测率为6.34×10Jones;双层石墨烯迁移率为1490 cm/V·s,而双层石墨烯基光电探测器在光功率密度为1 mW/cm、V=0.5 V的条件下,其响应率为0.523 A/W,探测率为6.56×10Jones。实验结果表明:石墨烯基光电探测器由于石墨烯缺乏光吸收特性,导致其光响应率、光探测率、光电导增益都比较低。再次是通过对化学法制备的ge qds进行了研究。利用ge O作为前驱体制备分散性较好,面密度较高的ge qds,并通过透射电子显微镜(TEM)、转靶X射线衍射仪(XRD)、荧光光谱(PL)等对制备出的ge qds进行表征分析。结果表明:通过该实验制备出了尺寸为2.5 nm-15.5 nm左右的ge qds,而且ge qds的发光区域都位于可见光区域,因此ge qds可作为理想的光吸收材料。最后,通过原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)对石墨烯/ge qds复合材料进行表征分析,并对复合光电探测器的制备和性能进行了研究。在532 nm波长的激光照射下,获得了复合光电探测器在有无光照条件下的输出特性(I-V)曲线和光响应特性(I-t)曲线等。对于单层石墨烯/ge qds复合光电探测器,光功率密度为10.4 mW/cm、V=0.5 V的条件下,响应率为0.46 A/W,探测率和光增益分别为7.6×10Jones、3.98×10。对于双层石墨烯/ge qds复合光电探测器,光功率密度为1mW/cm、V=0.5 V的条件下,响应率为2.58 A/W,探测率和光增益分别为1.79×10Jones、5.31×10。结果表明:由于ge qds的加入,提高了石墨烯/ge qds复合光电探测器对入射光的光吸收能力,因此相较于石墨烯基光电探测器,其响应率、探测率和光电导增益都有一定的提高。

关键词：石墨烯 ge qds 光电探测器 CVD法光电探测性能

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