硅基硒纳米颗粒的发光特性研究

潘书万; 陈松岩; 周笔; 黄巍; 李成; 赖虹凯; 王加贤

doi:10.7498/aps.62.177802

摘要

由于尺寸缩小引起的量子效应, 硒(Se) 材料的低维纳米结构具有更高的光响应和低的阈值激射等特性, 因此成为纳米电子与纳米光电子器件领域一个重要的研究方向. 本文通过对非晶硒薄膜的快速热退火来制备硒纳米颗粒, 退火温度在100180℃之间时, 结晶后的硒纳米颗粒均为三角晶体结构, 其颗粒尺寸随退火温度的增加而线性增大. 光致发光谱测试发现三个发光峰, 分别位于1.4eV, 1.7eV和1.83eV. 研究发现位于1.4eV处的发光峰来源于非晶硒缺陷发光, 位于1.83eV处的发光峰来源于晶体硒的带带跃迁发光; 而位于1.7eV处的发光峰强度随激发功率增强而指数增大, 且向短波长移动, 该发光峰应该来源于非晶硒与硒纳米颗粒界面处的施主-受主对复合发光.

关键词:

Abstract

We have investigated the structure and photoluminescence (PL) properties of Se nanocrystals (NCs) obtained by rapid thermal annealing of a-Se films on Si substrate. The size of Se NCs in a trigonal phase increases linearly with increasing temperature. Moreover, three PL peaks located at 1.4, 1.7 and 1.83 eV are observed, which are attributed to the emission of defects in amorphous Se, donor-acceprter pair (DAP) recombination at the interface of amorphous Se and Se NCs, and interband transition of Se crystals, respectively.

Keywords:

作者及机构信息

1.
华侨大学工学院, 泉州 362021;

2.
厦门大学物理系, 半导体光子学研究中心, 厦门 361005;

3.
闽江学院物理学与电子信息工程系, 福州 350108

基金项目: 华侨大学科研基金(批准号: 12BS226);福建省自然科学基金(批准号: 2012J01277, 2012J01284);国家重点基础研究发展计划(批准号: 2012CB933503);国家自然科学基金(批准号: 61036003, 61176050, 61176092, 60837001)和福建省教育厅基金项目(A类)(批准号: JA12270)资助的课题.

Authors and contacts

1.
College of Engineering, Huaqiao University, Quanzhou 362021, China;

2.
Department of Physics, Semiconductor photonics research center, Xiamen University, Xiamen 361005, China;

3.
Department of Physics and Electronic Information Engineering, Minjiang University, Fuzhou 350108, China

Funds: Project supported by the Startup Package Funding of Huaqiao University (Grant No. 12BS226), the Natural Science Foundation of Fujian Province, China (Grant Nos: 2012J01277, 2012J01284), the National Basic Research Program of China (Grant No. 2012CB933503), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61036003, 61176050, 61176092, 60837001), and the Foundation of Fujian Provincial Education Department of China (Grant No. JA12270).

参考文献

[1]	Zingaro R A, Cooper W C 1974 Selenium (New York: Van Nostrand Reinhold Co.)
[2]	Liao Z M, Hou C, Liu L P, Yu D P 2010 Nanoscale Res. Lett. 5 926
[3]	Liu P, Ma Y R, Cai W W, Wang Z Z, Wang J, Qi L M, Chen D M 2007 Nanotechnology 18 205704
[4]	Song J M, Zhan Y J, Xu A W, Yu S H 2007 Langmuir 23 7321
[5]	Zhang H Y, Lu K, Hu Q 1995 J. Phys. : Candens. Matter 7 5327
[6]	Rajalakshmi M, Arora A K 1999 Solid State Commun. 110 75
[7]	Pan S W, Chen S Y, Li C, Huang W, Lai H K 2011 Thin Solid Films 519 6102
[8]	Shah C P, Kumar M, Bajaj P N 2007 Nanotechnology 18 385607
[9]	Jiang Z Y, Xie Z X, Xie S Y, Zhang X H, Huang R B, Zheng L S 2003 Chem. Phys. Lett. 36 25
[10]	Kumar S 2009 J. Exp. Nanosci 4 341
[11]	Golosovsky I V, Smirnov O P, Delaplane R G, Wannberg A, Kibalin Y A, Naberezhnov A A, Vakhrushev S B 2006 Phys. J. B 54 211
[12]	He L, Shen Z X, Gu G, Qin L, Tang S H 1999 Chem. Phys. Lett. 300 504
[13]	Liao Z M, Hou C, Zhao Q, Liu L P, Yu D P 2009 Appl. Phys. Lett. 95 093104
[14]	Pan S W, Qi D F, Chen S Y, Li C, Huang W, Lai H K 2011 Acta Phys. Sin. 60 098108 (in Chinese) [潘书万, 亓东峰, 陈松岩, 李成, 黄巍, 赖虹凯 2011 60 098108]
[15]	Gates B, Mayers B, Cattle B, Xia Y 2002 Adv. Funct. Mater. 12 219
[16]	Mayers B T, Liu K, Sunderland D, Xia Y 2003 Chem. Mater. 15 3852
[17]	Warren B E 1969 X-ray Diffraction (New York: Addison-Wesley, chapter 13)
[18]	Sun H D, Tang Z K, Zhao W M, Wong G K L 1997 Appl. Phys. Lett. 71 2457
[19]	Umehara A, Nitta S, Furukawa H, Nonomura S 1997 Appl. Surf. Sci. 119 176
[20]	He L, Shen Z X, Gu G, Qin L, Tang S H 1999 Chem. Phys. Lett. 300 504
[21]	Bergman L, Chen X B, Morrison J L, Huso J 2004 J. Appl. Phys. 96 675
[22]	Adnane B, Lai Y F, Shieh J M, Holtz P O, Ni W X 2009 Solid-State Electronics 53 862
[23]	Boyle D S, Brien P O, Otway D J, Robbe O 1999 J. Mater. Chem. 9 725
[24]	Liu B, Cheng C W, Chen R, Shen Z X, Fan H J, Sun H D 2010 J. Phys. Chem. C 114 3407

施引文献

[1]	Zingaro R A, Cooper W C 1974 Selenium (New York: Van Nostrand Reinhold Co.)
[2]	Liao Z M, Hou C, Liu L P, Yu D P 2010 Nanoscale Res. Lett. 5 926
[3]	Liu P, Ma Y R, Cai W W, Wang Z Z, Wang J, Qi L M, Chen D M 2007 Nanotechnology 18 205704
[4]	Song J M, Zhan Y J, Xu A W, Yu S H 2007 Langmuir 23 7321
[5]	Zhang H Y, Lu K, Hu Q 1995 J. Phys. : Candens. Matter 7 5327
[6]	Rajalakshmi M, Arora A K 1999 Solid State Commun. 110 75
[7]	Pan S W, Chen S Y, Li C, Huang W, Lai H K 2011 Thin Solid Films 519 6102
[8]	Shah C P, Kumar M, Bajaj P N 2007 Nanotechnology 18 385607
[9]	Jiang Z Y, Xie Z X, Xie S Y, Zhang X H, Huang R B, Zheng L S 2003 Chem. Phys. Lett. 36 25
[10]	Kumar S 2009 J. Exp. Nanosci 4 341
[11]	Golosovsky I V, Smirnov O P, Delaplane R G, Wannberg A, Kibalin Y A, Naberezhnov A A, Vakhrushev S B 2006 Phys. J. B 54 211
[12]	He L, Shen Z X, Gu G, Qin L, Tang S H 1999 Chem. Phys. Lett. 300 504
[13]	Liao Z M, Hou C, Zhao Q, Liu L P, Yu D P 2009 Appl. Phys. Lett. 95 093104
[14]	Pan S W, Qi D F, Chen S Y, Li C, Huang W, Lai H K 2011 Acta Phys. Sin. 60 098108 (in Chinese) [潘书万, 亓东峰, 陈松岩, 李成, 黄巍, 赖虹凯 2011 60 098108]
[15]	Gates B, Mayers B, Cattle B, Xia Y 2002 Adv. Funct. Mater. 12 219
[16]	Mayers B T, Liu K, Sunderland D, Xia Y 2003 Chem. Mater. 15 3852
[17]	Warren B E 1969 X-ray Diffraction (New York: Addison-Wesley, chapter 13)
[18]	Sun H D, Tang Z K, Zhao W M, Wong G K L 1997 Appl. Phys. Lett. 71 2457
[19]	Umehara A, Nitta S, Furukawa H, Nonomura S 1997 Appl. Surf. Sci. 119 176
[20]	He L, Shen Z X, Gu G, Qin L, Tang S H 1999 Chem. Phys. Lett. 300 504
[21]	Bergman L, Chen X B, Morrison J L, Huso J 2004 J. Appl. Phys. 96 675
[22]	Adnane B, Lai Y F, Shieh J M, Holtz P O, Ni W X 2009 Solid-State Electronics 53 862
[23]	Boyle D S, Brien P O, Otway D J, Robbe O 1999 J. Mater. Chem. 9 725
[24]	Liu B, Cheng C W, Chen R, Shen Z X, Fan H J, Sun H D 2010 J. Phys. Chem. C 114 3407

[1]	马腾宇, 李万俊, 何先旺, 胡慧, 黄利娟, 张红, 熊元强, 李泓霖, 叶利娟, 孔春阳. β-Ga₂O₃纳米材料的尺寸调控与光致发光特性. , 2020, 69(10): 108102. doi: 10.7498/aps.69.20200158
[2]	王强, 杨立学, 刘北云, 闫胤洲, 陈飞, 蒋毅坚. 本征富受主型ZnO微米管光致发光的温度调控机制. , 2020, 69(19): 197701. doi: 10.7498/aps.69.20200655
[3]	刘姿, 张恒, 吴昊, 刘昌. Al纳米颗粒表面等离激元对ZnO光致发光增强的研究. , 2019, 68(10): 107301. doi: 10.7498/aps.68.20190062
[4]	陈隆, 陈成克, 李晓, 胡晓君. 氧化对单颗粒层纳米金刚石薄膜硅空位发光和微结构的影响. , 2019, 68(16): 168101. doi: 10.7498/aps.68.20190422
[5]	朱伟君, 陈金鑫, 高宇晗, 杨德仁, 马向阳. 硅基掺铒二氧化钛薄膜发光器件的电致发光: 共掺镱的增强发光作用. , 2019, 68(12): 124204. doi: 10.7498/aps.68.20190300
[6]	朱敏, 李晓红, 李国强, 常利阳, 谢长鑫, 邱荣, 李家文, 黄文浩. 飞秒脉冲激光辐照对硅发光性能的影响. , 2014, 63(5): 057801. doi: 10.7498/aps.63.057801
[7]	魏晓旭, 程英, 霍达, 张宇涵, 王军转, 胡勇, 施毅. Au的金属颗粒对二硫化钼发光增强. , 2014, 63(21): 217802. doi: 10.7498/aps.63.217802
[8]	方合, 王顺利, 李立群, 李培刚, 刘爱萍, 唐为华. 液相激光烧蚀合成ZnO及Zn/ZnO纳米颗粒及其光致发光性能. , 2011, 60(9): 096102. doi: 10.7498/aps.60.096102
[9]	郑立仁, 黄柏标, 尉吉勇. 不同气氛下SiOx纳米线的制备及形貌、红外、光致发光研究. , 2009, 58(4): 2306-2312. doi: 10.7498/aps.58.2306
[10]	李素梅, 宋淑梅, 吕英波, 王爱芳, 吴爱玲, 郑卫民. 量子限制受主的光致发光研究. , 2009, 58(7): 4936-4940. doi: 10.7498/aps.58.4936
[11]	缪竞威, 王培禄, 朱洲森, 袁学东, 王虎, 杨朝文, 师勉恭, 缪蕾, 孙威立, 张静, 廖雪花. 氮团簇离子注入单晶硅的光致发光谱研究. , 2008, 57(4): 2174-2178. doi: 10.7498/aps.57.2174
[12]	马海林, 苏庆, 兰伟, 刘雪芹. 氧流量对热蒸发CVD法生长β-Ga2O3纳米材料的结构及发光特性的影响. , 2008, 57(11): 7322-7326. doi: 10.7498/aps.57.7322
[13]	于威, 李亚超, 丁文革, 张江勇, 杨彦斌, 傅广生. 氮化硅薄膜中纳米非晶硅颗粒的键合结构及光致发光. , 2008, 57(6): 3661-3665. doi: 10.7498/aps.57.3661
[14]	唐斌, 邓宏, 税正伟, 韦敏, 陈金菊, 郝昕. 掺AlZnO纳米线阵列的光致发光特性研究. , 2007, 56(9): 5176-5179. doi: 10.7498/aps.56.5176
[15]	姚志涛, 孙新瑞, 许海军, 姜卫粉, 肖顺华, 李新建. 氧化锌/硅纳米孔柱阵列的结构和光致发光特性研究. , 2007, 56(10): 6098-6103. doi: 10.7498/aps.56.6098
[16]	王英龙, 卢丽芳, 闫常瑜, 褚立志, 周阳, 傅广生, 彭英才. 具有窄光致发光谱的纳米Si晶薄膜的激光烧蚀制备. , 2005, 54(12): 5738-5742. doi: 10.7498/aps.54.5738
[17]	徐大印, 刘彦平, 何志巍, 方泽波, 刘雪芹, 王印月. 多孔硅衬底上溅射沉积SiC:Tb薄膜的光致发光行为. , 2004, 53(8): 2694-2698. doi: 10.7498/aps.53.2694
[18]	黄凯, 王思慧, 施毅, 秦国毅, 张荣, 郑有炓. 内电场对纳米硅光致发光谱的影响. , 2004, 53(4): 1236-1242. doi: 10.7498/aps.53.1236
[19]	张喜田, 肖芝燕, 张伟力, 高红, 王玉玺, 刘益春, 张吉英, 许武. 高质量纳米ZnO薄膜的光致发光特性研究. , 2003, 52(3): 740-744. doi: 10.7498/aps.52.740
[20]	马书懿, 秦国刚, 尤力平, 王印月. 含纳米硅和纳米锗的氧化硅薄膜光致发光的比较研究. , 2001, 50(8): 1580-1584. doi: 10.7498/aps.50.1580

计量

文章访问数: 6839
PDF下载量: 540
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板