阻礙硅納米晶LED 器件在光電集成電路中的廣泛應用的關鍵問題在于硅納米晶電致發光強度較低。本文主要采用真空反應蒸發法和高溫相分離方法來制備硅納米晶樣品，然后研究改變Si-nc 濃度、改變襯底材料的電阻率、降低Si-nc 與不同基體(SiO2、Si3N4)之間的界面勢壘、場效應、電致表面等離子體等方法對硅納米晶電致發光強度的影響。

　　鑲嵌在SiO2、Si3N4 介電質中的硅納米晶(silicon nanocrystal, Si-nc) 材料由于尺寸發生了改變，滿足量子限制效應，因此其具有一定的光致發光(photoluminescence, PL) 和電致發光(electroluminescence, EL)特性。對于硅納米晶的光致發光，其發光機理相對簡單且已相對清楚: Si-nc 中的激發電子進入導帶，隨即弛豫到能量處于導帶底附近的界面態，然后與價帶頂空穴復合，發出光輻射。因此Si-nc 發光強度相對較強，并且可通過H 鈍化、Ce 摻雜、基體效應等方法來提高其光致發光強度，而對于硅納米晶的電致發光，相對于光致發光而言，其發光機理相對比較復雜，包括電子的遂川及電子與空穴的復合過程，所以其發光強度相對較低。

　　本文研究的通過加入Si 的含量，從而提高形成的Si-nc 的濃度來提高硅納米晶的電致發光強度，改變襯底材料的電阻率對Si-nc EL 強度的影響，將Si-nc 鑲嵌在不同的介電質材料中來提高硅納米晶的電致發光強度，在含硅納米晶的器件中加入場效應層從而在界面上形成電場，在電場的方向與外加電場的方向相同時，可提高電子的隧穿幾率，從而提高其EL 強度，在器件表面構成表面等離子體來提高硅納米晶的電致發光強度，為研究硅納米晶LED 的亮度提供一定的依據。

　　1、實驗

　　在本實驗中，所有的硅納米晶薄膜都被制備在純度為99.99%的p 型Si(Si <100> (0.5-1.0 Ωcm))襯底上，將該襯底在H2SO4:H2O2=1:1 的溶液中進行清洗，然后將其放入DMDE-450 光學多層鍍膜機中制備硅納米晶薄膜。在制備過程中，反應室壓強為4×10^-4 Pa，實驗樣品主要是由SiO、Si的多層結構組成，多層結構的層數為20 層，每層的厚度分別為：SiO 為2nm，Si 為1nm，在薄膜的制備過程中，SiO 采用電阻加熱的方法制備，而Si采用電子束的方法制備，為了獲得均勻和致密的材料，在蒸發過程中SiO 的蒸發速率為Rate=0.8nm/s，而Si 的蒸發速率為Rate=0.2nm/s，蒸發速率通過晶振系統監測， 晶振系統采用SigmaSQM-160 型晶振儀和Maxtek 金鍍膜的6MHz 晶振片。蒸發結束后，將其在溫度為1100℃，氮氣(純度為99.99%) 流量為200Sccm 的條件下退火一小時，即可形成硅納米晶。同時，為了測量其電致發光(EL)強度，首先將厚度為10um 的Al(純度為99.999%) 電極制備在襯底材料的背面，然后在溫度為480℃的氮氣氛圍中退火10min，以形成良好的歐姆接觸。然后在樣品正面蒸鍍一個環形的鋁電極，同樣在溫度為200℃的氮氣氛圍中退火5min。

　　采用真空熱蒸發的方法首先在p-Si上蒸鍍厚度為7nm 的Al2O3，然后在Al2O3上蒸鍍硅納米晶，7nm 的Al2O3作為場效應層，或者首先在p-Si上蒸鍍硅納米晶，然后在硅納米晶上熱蒸鍍厚度為10nm 的i-Si，該i-Si作為場效應層。

　　利用表面等離子體的方法可提高硅納米晶的發光，本文中利用超聲、熱退火的方法在硅納米晶的表面形成Ag 納米顆粒，該納米顆粒形成局域的表面等離子體，該局域表面等離子體有利于提高硅納米晶的自發輻射，所以其發光增強。

　　2、結論

　　本文研究了Si-nc濃度、襯底材料的電阻率、Si-nc與不同基體之間的界面勢壘、場效應、電致表面等離子體等方法對硅納米晶的電致發光強度的影響。通過提高Si-nc的濃度，降低Si-nc與基體之間的界面勢壘可提高硅納米晶的電致發光強度，通過加入場效應層和電致表面等離子體等方法也可大大的提高其EL強度，而對于降低襯底材料的電阻率，其EL 強度卻不一定增加。