1、稀土氧化物半導體作為一類特殊的半導體材料，具有以ZnO、GaN為代表的第三代寬禁帶半導體材料無法比擬的優(yōu)勢。稀土氧化物半導體的能帶模型除包含導帶、價帶外，還包含特殊的極窄的4f能帶。4f能帶的相對位置對于稀土氧化物半導體中電荷載流子的起源具有重要的影響。電子能夠從價帶激發(fā)到4fn+1能帶或者從4fn能帶激發(fā)到導帶中，從而產生f-f躍遷，而非一個寬的帶間躍遷。因此，基于稀土氧化物薄膜的電致發(fā)光器件不僅可以具備稀土離子譜線豐富、色純度高以及

2、發(fā)光效率高等優(yōu)點，并解決了稀土離子在基質材料中固溶度低的問題，還因其半導體特性，可以獲得較低的工作電壓。更重要的是，對于Eu2O3材料，它的晶格常數為10.86(A)，與硅(晶格常數:5.43(A))的晶格失配度幾乎為零，使得硅基Eu2O3薄膜電致發(fā)光器件可以與目前日益成熟的硅基CMOS工藝完美兼容。
　　本論文利用磁控濺射技術在硅襯底上沉積了Eu2O3薄膜，制備了硅基電致發(fā)光器件，得到了Eu3+離子的特征紅色電致發(fā)光，不僅改善了

3、硅基紅光LED普遍發(fā)光效率低的問題，同時極大地拓展了稀土氧化物材料的應用領域，為硅基發(fā)光器件的研究提供了嶄新的思路和途徑。本研究工作得到的主要成果如下:
　　(1)Eu2O3/P+-Si電致發(fā)光器件的制備，通過施加正向電壓得到了Eu3+離子的紅色電致發(fā)光:利用磁控濺射法在P+-Si襯底上沉積了Eu2O3薄膜，對不同退火條件得到的薄膜進行了XRD表征和PL光譜測試，并計算其相應的光學帶隙。同時制備了Eu2O3/P+-Si電致發(fā)光器件

4、，獲得了Eu3+離子的紅色電致發(fā)光，對器件的發(fā)光機理進行了研究，并從薄膜厚度、退火溫度、退火氣流量等方面對器件的發(fā)光性能作了初步的改善。
　　(2)雙層結構Eu2O3/Tb2O3電致發(fā)光器件的制備，通過引入一層Tb2O3薄膜作為空穴注入層，使器件的發(fā)光強度和開啟電壓都得到了改善:利用磁控濺射法在P+Si襯底上首先沉積了一層Tb2O3薄膜，隨后在其上表面沉積Eu2O3薄膜，制備出雙層結構的Eu2O3/Tb2O3/P+-Si電致發(fā)光器

5、件。引入一層Tb2O3薄膜作為空穴注入層，制備得到的電致器件可以獲得較強的Eu3+離子的紅色電致發(fā)光，對器件的發(fā)光機理進行了研究，分析了Tb2O3層對器件發(fā)光性能的影響，最后從Tb2O3薄膜厚度、退火溫度、退火氣流量等方面對器件的發(fā)光性能進行了更進一步的優(yōu)化。
　　(3)共濺射法Eu2O3∶Tb3+電致發(fā)光器件的制備，器件在施加正向和反向電壓下均能得到Eu3+離子的紅色電致發(fā)光:采用Eu2O3靶材和金屬Tb靶共濺射在P+-Si襯底

6、上沉積了Eu2O3∶Tb3+薄膜，制備出Eu2O3∶Tb3+/P+-Si電致發(fā)光器件。通過對器件分別施加正向和反向電壓，測試不同電壓方向的器件電致發(fā)光性能，并對器件的發(fā)光機理分別進行了研究，分析了通過共濺射摻雜進Eu2O3薄膜中的Tb3+離子對Eu+離子紅色電致發(fā)光起到的作用，最后通過調整襯底類型和電阻率提高相應器件的發(fā)光性能。
　　(4)共濺射法Eu2O3∶Tb3+電致發(fā)光器件性能的優(yōu)化:首先研究了不同濃度的W6+，In3+和C

7、a2+金屬離子摻雜對器件性能的影響。其次在Eu2O3∶Tb3+器件中分別引入了一層NiO，Y2O3和Ga2O3薄膜制備了雙層結構的電致發(fā)光器件，通過調整引入的薄膜厚度研究其與器件發(fā)光性能的關系，并對器件的發(fā)光機理和導電機制分別進行分析。接著研究了退火氣氛、退火溫度以及退火時間對Ga2O3/Eu2O3∶Tb3+/N+-Si電致器件性能的影響。值得注意的是，退火時間為1min的器件在3V左右可以獲得較強烈的紅色發(fā)光。最后分析了發(fā)光層厚度以及