矽基CeO2薄膜電致發光器件的製備與研究

《矽基CeO2薄膜電致發光器件的製備與研究》是依託北京交通大學，由衣立新擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：矽基CeO2薄膜電致發光器件的製備與研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：衣立新
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

製備高效的矽基光源仍是當前矽基光電集成領域的核心研究方向之一，這就要求發光材料既有較高的發光效率又能與CMOS工藝兼容。無論是矽基nc-Si發光器件還是矽片鍵合III-V族半導體器件，又或是稀土離子摻雜矽基SiO2薄膜發光器件均難實現兩者兼顧。.本項目擬引入稀土氧化物CeO2取代絕緣基質SiO2製備矽基稀土發光器件，由於CeO2兼具稀土發光材料與半導體材料的雙重特性，不但可以增大其它稀土離子在薄膜中的固溶度，提高器件的發光效率，而且可以降低器件工作電壓。另外CeO2與單晶Si晶格匹配度低，不存在兼容性問題。本項目擬在單晶Si襯底上外延生長CeO2薄膜，通過控制薄膜厚度、退火溫度、退火氛圍等最佳化器件結構，研究Ce3+離子在CeO2薄膜光致發光與電致發光中的作用。通過抑制薄膜中的氧空位導電，製備出高效的矽基CeO2薄膜電致發光器件，並探索摻雜不同稀土離子以獲得不同波長的矽基電致發光器件的方法。

結題摘要

製備高效的矽基光源仍是當前矽基光電集成領域的核心研究方向之一，矽基光源要求發光材料既有較高的發光效率又能在晶格匹配以及工作電壓方面與CMOS工藝兼容。無論是矽基nc-Si發光器件還是矽片鍵合III-V族半導體器件，又或是稀土離子摻雜矽基SiO2薄膜發光器件均未能很好的實現三者兼顧。 本項目引入了稀土氧化物半導體CeO2取代絕緣基質SiO2製備矽基稀土發光器件，由於CeO2兼具稀土發光材料與半導體材料的雙重特性，相比於SiO2，不但增大了其它稀土離子在薄膜中的固溶度，提高了器件的發光效率；而且CeO2與單晶Si晶格失配度低，不存在兼容性問題；另外，CeO2的禁頻寬度小於SiO2，有效降低了器件工作電壓。我們在單晶Si襯底上外延生長CeO2薄膜，通過控制薄膜厚度、退火溫度、退火氛圍等最佳化器件結構，研究Ce3+離子在CeO2薄膜光致發光與電致發光中的作用。通過抑制薄膜中的氧空位導電，製備出了高效的矽基CeO2薄膜電致發光器件，並對CeO2薄膜進行Tb3+離子摻雜，通過能量傳遞製備了綠色矽基電致發光器件。