《矽基摻鉺二氧化鈦薄膜異質結器件的電致發光》是依託浙江大學，由馬向陽擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：矽基摻鉺二氧化鈦薄膜異質結器件的電致發光
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：馬向陽
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著積體電路特徵線寬的不斷減小,金屬（電）互連將成為積體電路工作速度進一步提升的限制因素,並將顯著增加積體電路的功耗。因此，以光互連代替電互連是矽基積體電路進一步發展面臨的關鍵問題，而矽基發光器件則是實現光互連的基本條件。但是，矽是間接禁帶半導體，不能作為高效發光材料。因此，研究矽基發光材料與器件具有重要意義。申請人已經在國際上首先實現了矽基摻鉺二氧化鈦(TiO2:Er)薄膜異質結器件的電致發光。本項目在此基礎上,重點研究如何增強Er電致發光, 探索抑制Er可見電致發光而增強1.54微米電致發光的方法。圍繞上述目標，將通過在TiO2：Er薄膜中共摻其它不同類型(過渡金屬和稀土)的雜質並結合適當的熱處理，改善TiO2:Er薄膜中基體向Er離子的能量傳遞效率以及提高Er的激發截面，從而增強Er在光通訊波段1.54微米的電致發光。在此基礎上，闡明矽基TiO2:Er薄膜異質結器件的電致發光機制。
結題摘要
矽基稀土發光材料與器件是矽基發光的一個重要研究方向。在國際上已報導的矽基稀土發光材料與器件的工作中，存在著驅動電壓過高、發光易於猝滅以及與現有積體電路工藝兼容型差等問題。為了克服上述問題，實現矽基稀土摻雜氧化物半導體的電致發光是一條可行的途徑。與GaN相比，氧化物半導體的材料成本較低，且其製備工藝更簡單，可與積體電路工藝兼容。與基於氧化矽或氮化矽薄膜的器件相比，矽基氧化物半導體器件的電注入更易實現。本項目首先實現矽基稀土摻雜TiO2薄膜器件的低壓驅動電致發光，並通過材料改性和器件結構設計等途徑對稀土離子電致發光進行調控。通過在TiO2基體中共摻Fe，完全抑制了TiO2:Er/p+-Si 異質結器件的Er可見電致發光而1.54m電致發光得到一定程度的增強，這是經Fe深能級中心傳遞能量激發Er離子發光所致。從能帶工程的角度出發，構建ITO/TiO2:RE/SiO2/Si（RE=Eu, Er, Tm, Nd）多層結構器件，利用SiO2隧穿層與TiO2的能帶階差促使熱電子的形成，實現了低壓（＜10V）驅動的熱電子碰撞激發稀土離子多色和近紅外電致發光。需要指出的是，以往基於熱電子碰撞激發機制的稀土摻雜半導體（如ZnS和GaN等）薄膜發光器件都存在驅動電壓很高（一般在幾十伏以上，甚至220V伏）的問題。在此基礎上，通過在TiO2基體中共摻Y，顯著地提高了稀土電致發光的強度。通過改變熱處理溫度（不高於650C），實現了由氧空位和稀土離子濃度共同調控TiO2:Eu/p+-Si異質結器件的電致發光。通過改變熱處理溫度（不低於650C），實現了矽基TiO2:Er薄膜發光器件的發光機制的調控，即：隨著熱處理溫度的提高，器件電致發光由能量傳遞激發稀土離子發光機制向熱電子碰撞激發稀土離子發光機制轉變。本項目還拓寬了稀土離子電致發光的材料體系，基於熱載流子碰撞激發稀土離子發光機制，實現了矽基稀土摻雜CeO2薄膜以及矽基Tb4O7薄膜的電致發光。本項目發表SCI論文10篇，其中：在套用物理領域的著名期刊Appl.Phys. Lett 上發表論文3篇、J. Appl.Phys.上 2篇；在光學領域的著名期刊Opt. Express上 1篇、Adv. Opt. Mater上1篇。此外，獲得中國發明專利1項。項目培養博士生3名、碩士生4名。
