氧化硅层厚度对Si/SiO2界面电子态结构与光学性质的影响

摘要：

在氧化硅上生长纳米硅晶,保持氧化硅的直接带隙结构,降低其能带带隙,以用于发光和光伏.采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了块体α-方石英、薄膜α-方石英、Si/SiO2界面的电子态结构和Si/SiO2界面的光学性质.结果显示,其均为直接带隙半导体,当薄膜α-方石英厚度和Si/SiO2界面氧化硅层厚度逐渐减小时,能带带隙均逐渐变大,表现出明显的量子限制效应.光学性质计算结果表明:Si/SiO2界面虚部介电峰和吸收峰的峰值随氧化硅层厚度降低而显著升高,且峰位向高能量方向蓝移.使用脉冲激光沉积制备了氧化硅上硅晶薄膜,测量了Si/SiO2界面样品的PL光谱,在670 nm处存在一个强的发光峰,在波长超过830 nm后,Si/SiO2界面样品的发光强度不断升高.因此,可以通过控制Si/SiO2界面氧化硅层厚度有效地调控Si/SiO2界面的电子态结构和光学性质,引进边缘电子态,调控其带隙进入1～2 eV区间,获取硅基发光材料.

关键词：第一性原理、电子态结构、直接带隙、光致发光

所属期刊栏目：52

分类号：O56(分子物理学、原子物理学)

资助基金：国家自然科学基金;贵州省科技计划;贵州省科技计划;海南省院士创新平台科研项目

在线出版日期：2023-03-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：220-231