拉曼光谱中量子限制效应分析(3)
迄今为止，己经有很多模型或机制被提出来解释硅纳米结构如nc-Si:H和多孔硅[[zs〕中观测到的室温可见光致发光(PL)现象。这些模型包括量子限制模型[ i 3,z6]、表面态模型[[13]、量子限制发光中心模型[[27]氢化非晶硅模型、表面氢物发光、缺陷发光[[13〕等。然而，众说纷纭，莫衷一是。广泛被人们所接受的是在这些硅纳米结构中，由于平移不变性的破坏，硅纳米晶粒的量子限制效应(QCE)使带隙变宽，并且使动量守恒定律松弛导致辐射跃迁，使得当晶粒尺寸低于5 nm时产生可见光致发光[fzsl;但是，单纯依靠量子限制模型很难圆满解释所有的实验现象。另外，和C-S1不同的是，非晶硅能产生有效的近红外或可见发光。因此，人们自然而然会夸大无序在硅纳米结构可见发光中所发挥的积极作用。我们不禁会问:nc-Si:H薄膜中的可见PL机制究竟是怎样的?其结构有序会对它们的可见光致发光性质产生什么样的影响?
需要指出的是，发光性能的提高往往会带来材料中载流子输运性能的明显降低，例如国内外研究小组所报道的硅纳米结构材料的室温电子迁移率都低于10cm2/V s，晶粒间的载流子输运在很多情况下都是禁止的[fs>gl，最本质的物理原因是其强无序的结构导致了电子态的定域化，严重阻碍了载流子的运动和量子过程新现象的发现。好的光致发光性质看起来似乎是以牺牲这些硅纳米结构的好的电学性能为代价的。就在最近，我们实现了用PECVD在优化条件下制备出长在晶格匹配的p型和n型c-Si衬底上的高度有序的浅掺磷的n型nc-Si:H薄膜，并且通过变磁场霍耳效应实验和迁移率谱分析技术报道了它们良好的电学性能。这些高度有序的nc-Si:H薄膜的室温电子迁移率和暗电导分别达到了1护cm2/V s和10Scrri‘的量级[}z9,3o}，这有利于制备高速器件。我们进一步在这些nc-Si:H/c-Si异质结中观测到通过零文和二文电子态的载流子输运形成的量子共振隧穿现象[‘“〕。探究这些浅掺杂的掺磷nc-Si:H薄膜的室温可见光致发光性质和生长条件、结构有序及其电学性质间的关联，优化制备出既能有效发光又具有较高迁移率和新型量子过程的nc-Si:H薄膜，将为硅光电子学的进一步发展提供新的契机。