绝缘层上Si薄膜中新型光学团簇的诱导形成和发光机理研究
结题报告
批准号:
11564043
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
45.0 万元
负责人:
王茺
依托单位:
学科分类:
A20.凝聚态物理
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨杰、王荣飞、邱锋、张瑾、舒启江、龙佳、刘静、辛征航、兰栩
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中文摘要
高效发光Si材料对实现全硅基光电子-微电子集成工程具有重要意义。本项目研究采用硅离子(Si+)自注入并结合可控热处理的方法,在SOI基片上的Si薄膜中生成新型的发光缺陷(或团簇),并探索在可见—红外波段近室温高效发光的新型Si材料制备科学和改性工艺。通过本项目的实施,在Si薄膜中诱导形成新型发光团簇,从而在间接带隙的半导体中实现高效率的光学跃迁;揭示Si+自注入Si薄膜中各类光学团簇的发光性质、微结构、发光机理及其在人工改性过程中的演变路径。通过引入应变、其它辅助性离子或直接集成光学微腔等方式,显著增强自离子注入Si薄膜中团簇的发光效率,并阐明团簇光学性能被有效增强的相关机理,最终实现近室温运行的高性能SOI发光材料。项目研究可为推动SOI材料发光技术的发展以及实现室温全Si基光电子集成奠定基础。
英文摘要
The silicon materials with high light emitting efficiency play an important role in meeting the task of full silicon based optoelectronic and microelectronic integration. In this proposal, the Si self-ion-implantation technique combined with controllable thermal annealing processes is selected to produce the light emitting defects (or clusters) in the Si film on the silicon-on-insulator (SOI) substrate. Then, the fabrication science and property modulation process of novel silicon materials should be investigated intensively to realize the light emitting in the range from visible to near-infrared wave band at high temperatures with high efficiency. With the implementation of this project, novel optical clusters can be formed in the Si films by Si+ self-implanted and the subsequent thermal processing. As a result, the high efficient optical transition can be constructed in those semiconductors with indirect bandgap. The luminescence characteristics, microstructure, and light emitting mechanism of all kinds of the clusters and the evolution path of that with the artificial property-modulated processes can be revealed as well. By taking advantages of these techniques, such as introducing the strain, other assistant ions, and fabricating optical mircocavity, the light emitting efficiency of the clusters in self-ion-implanted Si films can be improved remarkably, meanwhile the relative mechanisms on which the optical performance of these clusters is improved effectively will be clarified. Finally, the novel light emitting materials with high efficiency can also be expected automatically. In a word, the accomplishment of this project can promote the progress of the light emitting technology of SOI materials, and realize the fundamental task of full silicon based optoelectronic and microelectronic integration operating at room temperature.
高效发光Si基材料对实现全硅基光电子-微电子集成工程具有重要意义。本项目研究采用硅离子自注入、溅射并结合可控热处理的方法,在Si基材料中形成新型的发光缺陷(或纳米结构),并探索在可见-红外波段近室温高效发光/探测的新型Si材料制备科学和改性工艺。通过本项目的实施,在Si基材料中诱导形成新型发光团簇(或纳米结构),从而在间接带隙的半导体中实现高效率的光学跃迁;揭示Si基材料中各类光学团簇的发光性质、微结构、发光/探测机理及其在人工改性过程中的演变路径。通过采用向Si基材料中引入应变、其它辅助性离子或直接集成光学微腔等方式,显著增强纳米结构的发光效率,并阐明其光学性能被有效增强的相关机理,最终实现近室温运行的高性能硅基发光材料。.项目研究取得的重要结果如下所列:.1. 采用单纯Si+自注入、以及Ni+、Fe+、N+和Mn+分别与Si+复合注入的方法,向Si薄膜中引入光学缺陷,证实了11类新的光学缺陷,并阐明了这些缺陷的结构和演变路径,在可见和近红外波段分别获得了可在室温下稳定发光的纳米团簇,以及提升其发光性能的方法。.2. 通过直接在发光纳米团簇上方构建周期性纳米结构(包括PS小球/金属薄膜、纳米柱和纳米坑阵列),形成了光子晶体,从而有效增强了源自缺陷的发光效率;其中在PS小球/Au薄膜中和纳米孔阵列中分别实现了发光强度20倍和126倍的增强,品质因子亦达到103。.3. 分别在绝缘层和Si薄膜上制备了Ge岛/石墨烯复合材料和Ge/Si量子点,这些纳米结构在室温下仍表现出良好光电性能,并研制出两种类型的红外光电探测器。.此外,采用同一微区荧光—拉曼的“静态”和“动态”检测方法,我们定性揭示了二维CsPb2Br5和零维Cs4PbBr6无机钙钛矿发光材料超强绿色荧光的起源,相关结果发表在国际顶级期刊《Advanced Materials》和核心期刊《Chemistry of Materials》。.我们的研究结果为能在室温运行且与Si基微电子技术兼容的新型光电子器件的研制奠定了坚实的基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.vacuum.2017.07.006
发表时间:2017-10
期刊:Vacuum
影响因子:4
作者:Q.J. Shu;J. Liu;X. Lan;J. Long;J. Yang;C. Wang;Y. Yang
通讯作者:Y. Yang
DOI:10.1016/j.vacuum.2018.05.002
发表时间:2018-08
期刊:Vacuum
影响因子:4
作者:Yang Jie;Weng Xiaokang;Zhang Mingling;Qiu Feng;Wang Rongfei;Wang Chong;Yang Yu;Yang Jie;Yang Tao;Qiu Feng;Wang Rongfei;Wang Chong;Yang Yu;Wang C;Yang Y
通讯作者:Yang Y
Microstructure and optical response optimization of Ge/Si quantum dots transformed from the sputtering-grown Ge thin film by manipulating the thermal annealing
通过控制热退火从溅射生长的 Ge 薄膜转化的 Ge/Si 量子点的微观结构和光学响应优化
DOI:10.1088/1361-6528/aaa2dd
发表时间:2018
期刊:Nanotechnology
影响因子:3.5
作者:Shu Qijiang;Wang Rongfei;Yang Jie;Zhang Mingling;Zeng Tianjian;Sun Tao;Wang Chong;Yang Yu
通讯作者:Yang Yu
Controllable Fabrication of Non-Close-Packed Colloidal Nanoparticle Arrays by Ion Beam Etching.
通过离子束蚀刻可控制备非密堆积胶体纳米颗粒阵列
DOI:10.1186/s11671-018-2586-2
发表时间:2018-06-11
期刊:Nanoscale research letters
影响因子:--
作者:Yang J;Zhang M;Lan X;Weng X;Shu Q;Wang R;Qiu F;Wang C;Yang Y
通讯作者:Yang Y
Direct growth of Ge quantum dots on the graphene/SiO2/Si structure by using ion beam sputtering deposition
利用离子束溅射沉积在石墨烯/SiO2/Si结构上直接生长Ge量子点
DOI:--
发表时间:2016
期刊:Nanotechnology
影响因子:3.5
作者:Z. Zhang;R.F. Wang;J. Zhang;H.S. Li;F Qiu;J Yang;C. Wang;Y Yang
通讯作者:Y Yang
MnGe量子点的共溅射生长机理和铁磁性调控研究
  • 批准号:
    12164051
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    38万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    王茺
  • 依托单位:
国内基金
海外基金