随着集成电路产业飞速发展,传统半导体制造技术已逼近物理极限。将光子学器件与微电子技术相结合实现光互连,是当前国内外科学家努力探寻的关键技术之一。满足硅基光电集成的关键点在于解决硅是间接带隙半导体这一弊端,实现高效稳定的硅基光源。近年来,在硅基薄膜中引入合适的杂质作为发光中心,从而获得满足光互连的光电子发光器件是学术界关注的前沿热点。本论文针对全硅基材料发光效率低这一关键问题,在硅基薄膜中引入过渡金属离子、稀土离子作为近红外发光中心的同时,在硅基薄膜中原位生长高数量密度、尺寸可控的量子点作为敏化剂,借助有效能量传递过程增强薄膜的近红外发光。采用基于旋涂技术的溶胶凝胶湿化学策略制备SnO₂量子点与稀土Er3+离子、Au量子点与过渡金属Bi离子共掺非晶Si O2薄膜,并通过多种技术手段进行表征。在光泵浦和电注入条件下,增强近红外发光,并且深入分析发光机制和能量传递机制。本文主要内容和结果如下:利用基于旋涂技术的溶胶凝胶湿化学策略完成了SnO₂、Au量子点的制备。优化工艺条件,结合多种技术手段对硅基薄膜结构表征,得到平均尺寸2.1到5.2 nm、高数量密度的量子点掺杂的硅基薄膜。相关的光学测试结果分析为这些量子点敏化过渡金属离子、稀土离子发光提供先决条件。根据X射线光电子能谱分析和选择性光致发光谱测试结果,探讨了铋离子掺杂非晶二氧化硅薄膜的近红外发光来源于低价态Bi+离子和Bi0。此外,本文通过在掺Bi二氧化硅薄膜中引入Au离子,实现了Bi离子相关的近红外发光峰位可调、荧光强度增强了300%。高分辨透射电子显微镜截面图片证实了非晶二氧化硅薄膜厚度约为90 nm以及不同尺寸、数量密度Au量子点的形成。变温光致发光谱测试结果表明,部分Au离子可有效降低Bi离子掺杂非晶二氧化硅薄膜中羟基基团等非辐射复合中心的密度。选取平均尺寸为5.2 nm的SnO₂量子点作为敏化剂,使得稀土Er3+离子在1550 nm处的近红外发光增强了三个数量级。光致发光发射谱和激发谱中出现的尖锐敏化剂相关的激发峰,证实了SnO₂量子点与稀土Er3+离子之间发生了共振能量传递。瞬态光致发光谱分析了体系中各部分的发光寿命,从而计算得到SnO₂量子点与稀土Er3+离子之间的共振能量传递效率高达63.4%。在此基础上,设计了相关电致发光原型器件。J-V测试表明载流子输运符合SCLC模型。引入5.2 nm的SnO₂量子点以后,近红外电致发光效率增强16倍的同时,开启电压大幅降低,能够保持长时间稳定工作,这为硅基光电集成中近红外高效硅基光源提供一条可能的技术途径。