氧化硅层厚度对Si/SiO2界面电子态结构与光学性质的影响

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。