1. 研究目的与意义
稀土掺杂半导体因其独特的发光特性在光电子领域有广阔的应用前景．
自从er掺杂gan被发现可以发出绿色可见光以来，稀土掺杂Ⅲ族氮化物半导体薄膜引起了研究人员越来越多的兴趣．这种薄膜将半导体的电子学特性与稀土离子独特的发光特性结合起来，因其在薄膜电致发光器件、光纤通信和其他光电领域具有重要的潜在应用价值而受到越来越多的关注．在Ⅲ族氮化物中，gan已经被广泛研究，在gan内已经观察到各种稀土元素（er、tm、eu、dy、pr和tb）在室温下发射的可见光发射。氮化铝(ain)是直接带隙宽禁带(~6.2 ev)iii-v族半导体材料，在短波长光电子器件领域具有重要应用价值。ain是所有iii-v族半导体材料中禁带最宽的直接带隙半导体材料，带间跃迁发射波长可进入深紫外波段，使其成为制备紫外/深紫外光电子器件的理想材料；特宽带隙的ain中掺入cr、mn等过渡金属后具有铁磁性，并具有半金属特性，使其成为制备自旋电子器件的可能材料；a1n薄膜制备工艺简单，不仅可以使用外延生长、气相沉积等方法制备，还可以使用溅射、离子注入等方法制备。由于a1n薄膜具有许多优异的特性，如化学稳定性好、热传导率高、机械强度高、较宽的直接带隙等特性，所以在光电、压电、热电和铁电等诸多领域受到重视,用ain作为稀土离子的基体材料，理论上应该比gan更具有优势．
在近年来,尼泊尔等人报道了显着的发射峰值在tm掺杂的aln薄膜中已经检测到在298nm处居中通过分子束外延生长。穆罕默德马克博拉等人通过射频制备铒掺杂非晶氮化铝薄膜溅射并观察到以中心为中心的绿色发光峰538 nm和560 nm。在这项工作中，我们准备了tm3 注入c轴取向的结晶aln薄膜。
2. 研究内容和预期目标
本毕业论文主要研究tm掺杂aln薄膜。研究tm:aln薄膜的制备方法、结构和光谱性质，以应用于蓝光led领域。论文包括了解宽禁带半导体gan材料的结构特征，物理化学性质和离子注入法掺杂稀土离子过程。不同tm离子注入剂量aln薄膜的发光性能，研究发光机理及结构性质。为薄膜材料应用于蓝光发光二极管领域打下基础。具体内容如下：
(1)采用离子注入法制备不同离子注入剂量的tm:aln薄膜，然后将薄膜进行不同温度的退火处理。（2）(2)采用xrd测试，拉曼光谱等表征手段，研究不同退火温度处理下tm:aln薄膜的结构性质，进行分析。
（3）(3)研究不同注入剂量的tm:aln薄膜的阴极荧光谱，分析注入不同离子剂量对光谱的影响。
3. 研究的方法与步骤
| 3．拟采用的研究方法、步骤 |
| 一、采用离子注入法制备TM掺杂的薄膜 (1)采用氢化物气相外延(HVPE)在蓝宝石(0001)面上生长厚度约为2μm的氮化铝薄膜； (2)选取不同注入剂量的Tm3 注入AIN薄膜，得到注入不同Tm3 注入剂量的掺杂氮化铝样品。 二、对薄膜进行退火处理 (1)制备完成后降至室温，取出薄膜； (2)分别对不同注入离子剂量的样品在不同温度氮气流动气氛中退火1h，观察退火效果并得到实验所需状态。 三、采用XRD测试，拉曼光谱等表征手段，研究不同退火温度处理下Tm:AlN薄膜的结构性质 (1)通过X射线衍射测试，研究不同退火温度处理下Tm:AlN薄膜的晶体结构，如大小，排布取向等； (2)通过拉曼光谱，研究不同退火温度处理下Tm:AlN薄膜的分子振动、转动等内部应力变化。 四、通过对阴极荧光谱的研究，分析对光谱的影响 (1)研究注入不同剂量的Tm:AlN薄膜的阴极荧光谱，通过光学特性分析注入剂量对光谱的影响。 (2)研究低温下Tm:AlN薄膜的阴极荧光谱，通过跃迁峰位、跃迁强度等分析Tm离子之间的能量跃迁机理。 五、根据调研和研究内容写出论文。
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4. 参考文献
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5. 计划与进度安排
1．2022.11. 27～2022.3.4 学生与指导老师见面，根据指导老师的建议查阅文献资料；
2．2022.3.5～2022.3.18 开学后，向指导老师汇报情况，并根据任务书写出开题报告；
3．2022.3.19～2022.5.15学生根据调研资料和指导老师要求进行实验，并进行数据分析，及时与教师交流实验进展，及时解决出现的问题；
