直流偏压对tio2p -si 异质结中tio2 薄膜的.doc

直流偏压对TiO2/p+-Si异质结中TiO2薄膜的    摘要:利用直流磁控反应溅射法在重掺硼硅片(p+-Si)衬底上制备了金红石相TiO2薄膜,从而形成TiO2/p+-Si异质结。我们研究了该异质结被施加不同偏压时TiO2薄膜的光致发光的变化情况。结果表明,在正向偏压(p+-Si衬底接正电压)和反向偏压(p+-Si衬底接负电压)下,TiO2薄膜在815nm左右的发光强度均随偏压值的增大而减弱。从上述异质结在不同偏压下的能带图出发,我们给出了金红石相TiO2薄膜在不同偏压下光致发光发生变化的机理。关键词:金红石相TiO2;Si;异质结;光致发光中图分类号:TB3,TN21引言虽然TiO2是间接禁带半导体,但是在TiO2中存在与缺陷态相关的发光中心,因而它仍显示出良好的发光性能[1-3]。TiO2一般有三种晶型,即:锐钛矿、板钛矿和金红石。人们对锐钛矿相和金红石相TiO2的光致发光进行了较多的研究。由于金红石相TiO2的发光在近红外区域(815nm左右),有可能在红外发光器件中得到应用,因此备受人们关注[4-6]。℃晶化的TiO2薄膜才会产生815nm左右的近红外光,并且随着薄膜晶化温度的上升,上述发光得到增强[7]。+缺陷引起的[8],-[9]。此外,人们还通过掺杂[10,11]以及热处理[12]等手段来改变金红石相TiO2在815nm左右的发光强度。当对半导体施加偏压时,半导体近表面的能带会发生弯曲,根据施加偏压的极性和大小的不同,会导致半导体近表面区域出现载流子积累或耗尽、甚至反型的情形。此外,半导体中的载流子也会在偏压的作用下发生漂移。因此,如果某一半导体在恒定光激励的同时被施加一定的偏压,光生载流子在半导体中的分布必然会受到偏压的影响,从而导致半导体的光致发光发生变化。但是,至今还没有关于偏压对金红石相TiO2膜的光致发光影响的报道。在本文中,我们在p+-Si衬底上制备了金红石相TiO2薄膜,由此形成TiO2/p+-Si异质结,并研究了异质结被施加不同偏压时TiO2薄膜的光致发光的变化。实验发现,在正向偏压和反向偏压下,TiO2薄膜在815nm左右的发光强度均随偏压值的增大而减弱。根据该异质结在不同偏压下的能带图,我们解释了电压对TiO2薄膜光致发光影响的机理。2实验采用直流磁控反应溅射法在硅片衬底上制备TiO2薄膜,%,衬底为<100>晶向,(p+)硅片。硅片在放入腔体前,先用标准RCA工艺清洗,之后用稀释的HF溶液(HF(49wt%):H2O=1:10,体积比)漂洗。溅射前,先1本文得到高等学校博士点基金()资助。-2-将腔体的背底真空抽至5×10-3Pa。溅射时,气氛为Ar和O2的混合气,两种气体的体积流量比为3:1,,衬底温度为350℃,溅射时间为2h。由此得到的薄膜的厚度约为120nm。为了获得金红石相TiO2薄膜,将溅射得到的薄膜在纯Ar气氛下900℃热处理2h。采用电子束蒸发法在硅片背面沉积厚度约为150nm的Al膜以作为电极,蒸发时的衬底温度为200℃;采用直流