硅基材料电致发光器件-孙甲明pdf

北京大学2011年“硅基光电子技术及应用”暑期学校的讲学活动
硅基材料电致发光器件
孙甲明
南开大学物理科学学院，天津市南开区卫津路94号，邮编：300071
主要讲授近年来在离子注入各类硅pn结发光二极管、稀土离子Re（Re＝Er、Eu、Tb、Ce和Gd）注入的氧化硅MOS结构高效率电致发光器件的研究进展情况及其应用。

介绍了各种硅基纳米结构MIS结构电致发光器件的研究进展情况；探讨实现硅基材料电泵浦激光
器的途径和方法。

个人简历
孙甲明，1991年吉林大学物理系本科毕业，1998年中科院长春物理所获博士学位，曾在中国科学院物理研究所、日本东京大学工学部电子工程系、德国Rossendof研究中心离子束物理和材料研究所从事研究工作。

2006年10月以来被聘为南开大学物理学院教授，博士生导师。

２００７年入选教育部新世纪优秀人才计划。

工作经历
从1991年起从事硅基发光材料和器件研究二十年，研究内容涉及多孔硅、含硅纳米微晶的SiO2和SiNx薄膜、Si/SiO2、Si/SiNx非晶态超晶格、Er掺杂纳米硅、稀土离子注入氧化硅、离子注入硅pn结等多种硅基纳米结构和薄膜材料电致发光器件，
1998年8月－2001年9月年间主要从事III-V族半导体的高真空分子束外延技术以及半导体微腔半导体光折变器件、电光调制器件、激光器以及稀磁半导体材料的研究工作。

2001年9月至今主要从事硅材料电注入发光照明器件和光子集成的研究工作。

科研成果
近年来采取新的研究路线，以稀土离子注入氧化硅薄膜结合闪光灯退火、电荷补偿共掺杂、共掺入纳米硅和稀土敏化剂，复合介质栅层等多项创新技术，克服了稀土离子在氧化硅中固溶度低、电注入发光器件容易击穿和发光老化三个主要难题，成功研制出高效率的氧化硅MOS结构电致发光器件。

首次将硅材料发光延伸到近深紫外波段，并研制出红/蓝可变色的发光器件。

其中红外、可见光和紫外区的硅材料电致发光器件的最高量子效率分别达到14%、16%和5%以上，是目前硅材料电致发光器件的世界最高记录，将硅材料电注入发光器件的量子效率首次提高到商品化III-V族LED的水平，实现了硅基发光领域的一个长期梦想。

此外还通过离子注入调制硅pn结的能带，将间接带硅体材料pn结LED的量子效率提高了三个量级，达到0.15 %，接近纳米硅基LED的水平。

曾荣获德国国家级研究机构Rossendorf研究中心2004年度的先进科研奖励。

研制出的高效率的硅MOS彩色电致发光显示器件曾代表德国Rossendorf研究中心多次参加慕尼黑国际工程产品世界专业展等国际高科技展览会。

2004年10月1日国际媒体《Laser Focus World》发表了题为《Silicon UV light emitters are fabricated via CMOS》的文章专题介绍了申请人研制的世界首个SiO2:Gd硅基材料紫外发光器件。

2007年5月27日国际期刊《Science Daily》刊登了题为《Switchable Two-color Light Source On A Silicon Chip》的文章，专题介绍了申请人主持研制的由红到蓝可变色的SiO2:Eu发光器件。

五年来在Appl. Phys. Lett等国内外期刊发表80篇，申请德国专利2项。

２００６年１０月回国工作以来，在南开大学筹建了硅基光子学材料和器件实验室，目前主要研究原子层沉积技术，H-k栅极，硅上超级电容储能器件，硅基发光材料和器件，面向硅材料激光器、固态储能显示照明和和光互连集成技术等应用。

目前承担国家自然科学基金、973项目和教育部新世纪人才项目等多项国家课题，总经费200多万元。

代表性论文：
1. Giant stability enhancement of rare-earth implanted SiO2 light emitting devices by an additional SiON protection layer,
Sun, JM; Rebohle L; Prucnal, S; Helm, M; Skorupa, W，
APPLIED PHYSICS LETTERS, 92 (7): Art. No. 071103 FEB 18 2008.
2. Switchable two-color electroluminescence based on a Si metal-oxide-semiconductor structure doped with Eu,
Prucnal S; Sun, JM; Skorupa, W; Helm, M，
APPLIED PHYSICS LETTERS, 90 (18): Art. No. 181121 APR 30 2007.
3. Increase of blue electroluminescence from Ce-doped SiO2 layers through sensitization by Gd3+ ions,
Sun, JM; Prucnal, S; Skorupa, W; Helm, M; Rebohle, L; Gebel, T，
APPLIED PHYSICS LETTERS, 89 (9): Art. No. 091908 AUG 28 2006.
4. Electroluminescence properties of the Gd3+ ultraviolet luminescent centers in SiO2 gate oxide layers,
Sun, JM; Prucnal, S; Skorupa, W; Dekorsy, T; Muchlich, A; Helm, M; Rebohle, L; Gebel, T
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 99 (10): Art. No. 103102 MAY 15 2006.
5. Bright green electroluminescence from Tb3+ in silicon metal-oxide-semiconductor devices,
Sun, JM; Skorupa, W; Dekorsy, T; Helm, M; Rebohle, L; Gebel, T
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 97 (12): Art. No. 123513 JUN 15 2005
6. Below-band-gap electroluminescence related to doping spikes in boron-implanted silicon pn diodes,
Sun, JM; Dekorsy, T; Skorupa, W; Schmidt, B; Mucklich, A; Helm, M
PHYSICAL REVIEW B, 70 (15): Art. No. 155316 OCT 2004
7. Efficient ultraviolet electroluminescence from a Gd-implanted silicon metal-oxide-semiconductor device ,
Sun, JM; Skorupa, W; Dekorsy, T; Helm, M; Rebohle, L; Gebel, T
APPLIED PHYSICS LETTERS, 85 (16): 3387-3389 OCT 18 2004.
8. Origin of anomalous temperature dependence and high efficiency of silicon light-emitting diodes,
Sun, JM; Dekorsy, T; Skorupa, W; Schmidt, B; Helm, M
APPLIED PHYSICS LETTERS, 83 (19): 3885-3887 NOV 10 2003
9. Bound-exciton-induced current bistability in a silicon light-emitting diode
Sun, JM; Dekorsy, T; Skorupa, W; Schmidt, B; Helm, M,
APPLIED PHYSICS LETTERS, 82 (17): 2823-2825 APR 28 2003
10. Electroluminescence from CaS : TmF3 film prepared by radio frequency magnetron sputtering
Sun, JM; Zhong, GZ; Fan, XW; Zheng, CW; Mueller, GO; Mueller-Mach, R
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 83 (6): 3374-3378 MAR 15 1998。