红移和蓝移

红移蓝移

掺杂离子的氧化物本身比主体的禁带要宽

张应力压应力

禁带宽度减小禁带宽度增大

介电（量子）限域效应（半导体纳米线外包

一层介电常数较小的介质时相比于原来其光

学性质会发生巨大改变，此时带电粒子之间

的库伦力增加，增加了电子空穴之间的结合

能和振子强度减弱了量子限域效应的主要因

素------电子空穴之间的空间县域能）此时表

面效应引起的能量变化大于空间效应引起的

能量变化

量子尺寸效应粒径小于5nm

纳米粒子尺寸小于2倍的激子波尔半径时,

都应该看到不同程度的量子效应.

量子尺寸效应导致能隙变宽

小尺寸效应使得键振动频率升高从而

引起蓝移

温度降低激子随温度降低会发生蓝移

大的比表面积由于纳米微粒颗粒小，大的

表面张力使晶格畸变，晶格常数变小

缺陷引起的声子限域效应会导致向低波数移

动

结构中引入共轭体系

满带与空带间能隙变大,且能隙宽度随纳米颗

粒尺寸的减小而增大,造成了吸收频率的蓝移

随粒径减小,引起电子波函数重叠;附加能级

(如缺陷能级),使电子跃迁时能级间距变小;

空位!杂质的存在使平均原子间距增大,导致

能级间距变小等键长的变长

纳米微粒的表面张力使微粒的晶格畸变,晶格

常数变小,第一和第二紧邻层距离变短,键长

的缩短导致纳米微粒的键本征振动频率增大

也是造成蓝移的原因

晶粒尺寸减小内应力增加导致能带结构的

变化禁带宽度减小

晶粒尺寸增大禁带宽度增大

向低能方向移动向高能方向移动,短波长方向移动

外加压力使能隙减小

激子波尔半径

热收

缩效

应

蒸发沉积时薄膜最上层温度会达到相当高为前提的"在薄膜形成过程中,沉

积到基体上的蒸发气相原子具有较高的动能,从蒸发源产生的热辐射等使薄

膜温度上升"当沉积过程结束,薄膜冷却到周围环境温度过程中,原子逐渐地

变成不能移动状态"薄膜内部的原子是否能移动的临界标准是再结晶温度,

在再结晶温度以下的热收缩就是产生应力的原因

相转

移效

应

在薄膜形成过程中发生从气相到固相的转移.在相转变时一般发生体积的

变化,从而引起应力

晶格

缺陷

消除

在薄膜中经常都含有许多晶格缺陷,其中空位和空隙等缺陷经过热退火处

理,原子在表面扩散时将消除这些缺陷,可使体积发生收缩从而形成张应力

性质的内应力.薄膜中含有很多缺陷,特别是空穴"把薄膜进行热处理,然后

同时测量它的内应

力及其电阻,结果发现两者的变化形式对应得很好"因为电阻值随热处理的

变化

能很好地反映出空穴浓度的变

这种

模型

的缺

点

是只

能说

明张

应力

表面

张力

表面张力或比表面自由能表示界面处的原子处于一种不均匀的受力状态。

若薄膜/真空界面间的表面张力为σ

1

,薄膜/基体界面间的表面张力为σ2,

则厚度为f的薄膜将受到S=(σ1+σ2)/f大小的应力。一般表面张力的典型

值为1.J/m2,,因此当膜厚100Å时将产生108Pa的应力。这表明表面张力效

应只有在薄膜的初始生长阶段(<100Å)才有可能成为产生应力的主要原因.

在说

明压

应力

时,还

存在

某些

难

静电

效应

在薄膜沉积过程中,由于电子或离子等带电粒子的存在使微晶粒带有静电荷

而增加自由能,导致点阵畸变。另外,带电晶粒或小岛间的库仑电荷相互作用

也会产生应力。应力的大小和方向与晶粒所带电荷及相互间距有关

一般

只适

用于

具有

岛状

结构

的薄

膜

表面

层模

型

膜面氧化对应力有显著影响困。

一般来说,金属膜氧化后产生压应力,因为金属氧化物的原子体积增大。氧化

过程除在膜面上进行外,还包括沿晶粒边界向膜内扩散。应力基本上集中在

氧化层及其界面内

点阵

错配

模型

膜与基体由于存在点阵错配而产生界面应力。若错配度小,则产生均匀的弹

性变形;反之,如果错配度大,则会产生界面位错以松弛薄膜中的大部分应变。

这一模型一般用来解释单晶薄膜外延生长过程中的应力起源.弹性应变ƞ

为

界面

失配

模型

当与基体晶格结构有较大差异的薄膜材料在这种基体上形成薄膜时,若两者

之间相互作用较强,薄膜的晶格结构会变得接近基体的晶格结构,于是薄膜

内部产生大的畸变而形成内应力"若失配程度比较小,会产生均匀的弹性变

形;相反,如失配程度较大,则会产生界面位错,从而松弛薄膜中的大部分应变

一般

用来

解释

单晶

薄膜

外延

生长

过程

中应

力的

产生

杂质

效应

模型

在薄膜形成过程中,环境气氛中的氧气!水蒸气!氮气等气体的存在会引起

薄膜结构变化"如杂质气体原子的吸附或残留在膜中形成间隙原子,造成点

阵畸

变.另外还可能在薄膜内扩散!迁移甚至发生晶界氧化等化学反应"残留气

体作为一种杂质在薄膜中掺人愈多则愈易形成大的压应力"另外由于晶粒

间界扩

散作用,即使在低温下也能产生杂质扩散从而形成压应力

原

子!

离子

钉轧

效应

模型

薄膜溅射沉积过程中,最显著的特点是存在着工作气体原子的作用,而且

溅射原子的能量相对较高,在低的工组气压或负偏压条件下,一般得到处于

压应

力状态的薄膜,这一结论有很大的普遍性

电学

温度晶粒大小结晶度载流子浓度散射介电常数

电阻率升高差降低强

折射率增加

HOMO=导带