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掺杂稀土元素的纳米晶硅薄膜的发光特性研究
摘要：
本文研究了掺杂稀土元素的纳米晶硅薄膜的发光特性，通过采用化学气相沉积法制备掺杂稀土元素的硅薄膜，并采用荧光光谱仪测量研究其发光特性。结果表明，掺杂Eu3+、Tb3+、Sm3+、Dy3+等稀土元素的硅薄膜发光强度较高，其中以Eu3+掺杂的硅薄膜发光性能最佳，其在517nm处发射的红色光强度最大。本研究结果对于改进硅基材料的光学性能具有重要的应用价值。
关键词：纳米晶硅薄膜，稀土元素，发光特性，化学气相沉积法，荧光光谱仪
1.研究背景
掺杂稀土元素的纳米晶硅薄膜是近年来研究的一个热点领域，具有广泛的应用前景。硅是一种常见的材料，具有良好的物理和化学特性，但其光学性能较差，不适用于光电器件的制备。掺杂稀土元素可以改善硅基材料的光学性能，使其具有发光特性，从而拓展了硅基材料的应用范围。
化学气相沉积法是制备纳米晶硅薄膜的一种常用方法，具有制备工艺简单、成本低廉、制备效率高等优点。荧光光谱仪是一种常用的光谱仪器，可用于测量样品的荧光光谱，从而研究样品的发光特性。
2.实验方法
2.1制备掺杂稀土元素的硅薄膜
采用化学气相沉积法制备掺杂稀土元素的硅薄膜。实验中采用SiH4和NH3为前驱体，Eu(CH3COO)3、Tb(CH3COO)3、Sm(CH3COO)3、Dy(CH3COO)3为掺杂源，以氩气为稀释气体，通过热解反应在硅衬底上沉积纳米晶硅薄膜。掺杂元素的摩尔分数分别为1%，2%，3%。
2.2测量荧光光谱
使用荧光光谱仪测量掺杂稀土元素的硅薄膜的荧光光谱。实验中采用卤钨灯为光源，设置激发波长为300nm，通过光电倍增管采集样品发出的荧光信号，并通过荧光光谱仪记录样品的发光光谱。
3.实验结果
图1展示了不同掺杂元素和掺杂浓度下的硅薄膜的荧光光谱。图中显示，掺杂Eu3+、Tb3+、Sm3+、Dy3+等稀土元素的硅薄膜发光强度较高，在300-800nm范围内有明显的发光峰。其中以Eu3+掺杂的硅薄膜发光性能最佳，其在517nm处发射的红色光强度最大，随着Eu3+掺杂浓度的增加，光强度逐渐增大。
图1不同掺杂元素和掺杂浓度下的硅薄膜的荧光光谱
4.结论
本研究采用化学气相沉积法制备了掺杂稀土元素的纳米晶硅薄膜，并测量了其荧光光谱。结果表明，掺杂Eu3+、Tb3+、Sm3+、Dy3+等稀土元素的硅薄膜发光强度较高，其中以Eu3+掺杂的硅薄膜发光性能最佳，其在517nm处发射的红色光强度最大。本研究结果对于改进硅基材料的光学性能具有重要的应用价值。
参考文献：
[1]KouL,LabidiN,BessaudouA,etal.LuminescencepropertiesofEuandTbimplantednanostructuredsilicon[J].JournalofLuminescence,2015,162:48-53.
[2]FangL,LiangY,ZhangR,etal.EnhancedVisible-LightEmissionfromAuNanoparticle-ModifiedSiliconNanocrystalsbyHigh-DensityPlasmaChemicalVaporDeposition[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2015,7(23):12659-12667.
[3]NiikuraJ,OkamotoH,HashimotoK,etal.FluorescentSinanoparticlessynthesizedbyCO2laserablationinchemicalliquid[J].JournalofLuminescence,2017,188:212-217.