稀土離子摻雜的矽基納米層狀結構紫外電致發光器件

《稀土離子摻雜的矽基納米層狀結構紫外電致發光器件》是依託南開大學，由孫甲明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：稀土離子摻雜的矽基納米層狀結構紫外電致發光器件
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孫甲明
• 依託單位：南開大學

中文摘要

利用原子層沉積技術生長高質量SiO2:Gd紫外發光薄膜和納米層狀結構發光薄膜，通過人工設計納米層狀薄膜的能帶結構，實現對過熱電子加速和碰撞發光過程的分層控制，提高過熱電子的平均能量和有效稀土發光中心的密度；利用周期性納米層狀結構實現對過熱電子的多次級聯加速以及碰撞發光過程，提高紫外電致發光的效率；研究薄膜中與電致發光激發過程有關的電子加速、輸運、碰撞發光過程以及電注入發光薄膜中電子和空穴被缺陷和界面態俘獲過程與發光器件老化的內在聯繫，探索提高發光穩定性的有效方法；採用複合柵層, 提高器件的電注入穩定性。最終研製發射波長316 nm的高效率矽基紫外電注入發光器件。

結題摘要

原子層沉積（ALD）是上世紀70年代由芬蘭的兩位化學家Suntola 和 Antson發明的薄膜沉積技術。ALD生長薄膜的原理是將襯底交替暴露在兩種反應前驅體蒸汽中，以ABAB自限制的飽和表面化學反應，逐原子層沉積薄膜。ALD的優點是薄膜厚度控制非常精確，能達到單原子層厚度級別，不同的原子層可以自由排列組合構建出多組分化合物薄膜，可以原子層放在需要的地方。ALD使得薄膜的生長過程實現了數位化，使得我們可以從原子層級別設計和生長具有特定功能的薄膜。ALD沉積的薄膜緻密，無針孔缺陷，台階覆蓋性好，大面積厚度非常均勻。近年來ALD技術迅速發展，已經可以沉積幾百種薄膜[13]，被廣泛套用於微電子、光學、防腐、催化、燃料電池和太陽能電池等眾多領域。本項目在國際上首次將先進的原子層沉積技術套用於矽基MOS結構電致發光器件的研究，以替代傳統的離子注入和熱氧化薄膜技術。我們從零起步，籌建了項目實施所需要的以ALD為核心技術的矽電致發光器件工藝線和光電綜合測試系統。在項目實施過程中，我們從多種基礎薄膜材料的工藝最佳化起步，首先研究了多種寬禁帶氧化物薄膜的ALD生長過程，對原子層沉積薄膜的光學和電學性能隨製備條件的變化進行了系統的研究，成功生長出高質量的SiO2、ZnO、HfO2、Al2O3、Gd2O3、TiO2 薄膜等，然後將不同材料以原子層尺度精確配比組合構建出光電性能可調控的ZnO/Al2O3透明導電納米層狀薄膜，TiO2/Al2O3高介電常數介質納米層狀電注入薄膜，稀土氧化物原子層摻雜的SiO2納米層狀複合發光薄膜等。充分發揮ALD技術在精細組分控制的優勢，使得複合薄膜的整體電學和光學特性滿足電致發光器件的要求。最終全部利用原子層沉積技術在矽襯底上構建了由透明導電薄膜、high-k複合介質薄膜、以及稀土摻雜的氧化矽薄膜構成的矽基MOS結構複合薄膜電致發光器件，通過系統研究器件的電致發光性能，最佳化器件結構，獲得了高效率的紫外、藍色和綠色矽基電致發光， 完成了項目的預期目標。