激光作用于单晶硅样品后的强荧光效应

将功率为75W、波长为1064nm的YAG激光束照射在单晶硅样品上,形成的孔状结构有很特殊的表面形貌.特别是在孔内的侧壁上,有很特殊的网孔形结构,这里有很强的受激荧光发光效应,光致荧光谱峰在710nm处.本文中介绍了单纯激光加工生成多孔硅和纳晶硅样品的方法,观察和分析了样品中的低维纳米结构、氧化分布及其发光特性,特别注意到样品孔洞中的侧壁上的网孔形结构的强荧光效应.我们用量子受限效应结合硅晶与氧化硅界面态复合的综合模型来解释其光致发光的增强机理.     

激光辅助刻蚀硅锗合金样品生成低维片状结构的PL发光

我们用激光辐照辅助电化学刻蚀法在硅锗合金上形成了多种氧化低维纳米结构,特别是硅锗合金薄膜裂解后生成条形片状结构,其条形片表面有纳米颗粒分布。发现这些纳米颗粒经空气氧化后在波长为760nm和866nm处有较强的光致荧光(PL)峰,高温退火后其PL峰(643nm和678nm)有明显的蓝移。实验结果支持量子受限(QC)发光模型。该项工作为制备硅和锗的强发光材料提供了新的方法。     

硅锗薄膜上低维结构的PL发光的物理模型

采用高温氧化（800℃）和激光辐照低温氧化（300℃）的方法以及用激光直接辐照方法,在硅锗合金薄膜上生成锗纳晶。这两种方法所生成的锗纳晶所对应的光致发光（PL）在可见光范围。其中在606nm处有很尖锐的发光峰。经比较发现：低温氧化的样品所对应的PL光谱比高温氧化的PL光谱有明显的蓝移;在606nm处的PL光谱峰位没有变化;高温氧化的样品在606nm处PL光谱的强度明显增强。提出量子受限和锗纳晶与氧化硅的界面态综合发光模型来解释其PL光谱的产生及变化。     

激光作用生成的纳晶硅与氧化硅界面态发光模型

我们结合量子受限效应,提出纳硅晶与氧化硅界面态发光模型来解释激光作用生成的纳米网孔壁结构的强荧光效应.将功率为50W、波长为1 064nm的YAG激光束(束斑直径0.05mm)照射在硅样品表面打出小孔,在孔内的侧壁上,有很特殊的网孔形结构,其中的网孔壁厚为纳米尺度,这里有很强的受激荧光发光效应,发光峰中心约在700nm处.我们将激光与硅样品的作用隔离于无氧化的环境里,分别比较了将硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中的激光加工结果,其发光情况证实了该发光模型的真实性.优化激光加工的条件,我们获得了较强发光的样品.     

不同激发波长下多孔硅的光致发光研究

采用阳极氧化法腐蚀n型Si(111)片,制备了多孔硅样品.利用荧光分光光度计对样品光致发光和光致发光激发特性进行了研究,发现多孔硅样品的光致发光谱上有2个发光峰,其中心分别位于640 nm和565 nm.基于前人的报道和本实验结果的分析,认为多孔硅的光致发光来源于纳米硅颗粒中光生载流子弛豫到其表面态上然后发生辐射复合.进一步通过实验证明,640 nm处的发光峰与纳米硅颗粒表面的Si-O复合物有关,而565 nm处的发光峰与其它发光中心有关.     

激光作用生成的网孔硅结构

作者结合量子受限效应,提出纳硅晶与氧化硅界面态发光模型来解释激光作用生成的纳米网孔壁结构的强荧光效应。将功率为50W、波长为1064nm的YAG激光束(束斑直径0.05mm)照射在硅样品表面打出小孔,在孔内的侧壁上,有很特殊的网孔形结构,其中的网孔壁厚为纳米尺度,这里有很强的受激荧光发光效应,发光峰中心约在700nm处。我们将激光与硅样品的作用隔离于无氧化的环境里,分别比较了将硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中的激光加工结果,其发光情况证实了该发光模型的真实性。优化激光加工的条件,我们获得了较强发光的样品。     

退火对硅锗薄膜上低维结构的PL光谱的影响

采用激光辐照的方法在硅锗薄膜样品表面生成微米级小孔,用高精度扫描电镜观察孔内结构,发现片状的纳米结构. 用荧光光谱仪测其光致荧光谱,在705 nm处出现较强的光致荧光谱（PL）. 对片状结构在800 ℃下进行退火20 min后,其PL光谱明显蓝移至575 nm. 退火40 min后,在725 nm处有较宽的PL光谱,同时,在606 nm处有一尖锐的PL光谱. 利用量子受限和纳晶与氧化物的界面态综合模型解释PL光谱的产生.     

脉冲激光作用硅锗合金形成多种捕获界面态

用脉冲激光辐照和退火氧化处理在硅锗合金衬底上形成了具有不同界面态分布的氧化低维结构.在这些结构中都有在几个纳米的氧化层中约束了大量的硅和锗的纳米团簇结构,分析这些低维结构所产生的光致荧光(PL)光谱发现,由于氧化条件的不同所生成的这些结构对应的PL光谱无论是强度,还是频率都发生了显著的变化.用量子受限-硅锗与氧化物界面态综合模型解释了样品PL发光的变化.     

脉冲激光作用于硅的受激发光特性

用脉冲激光作用在硅基上产生表面等离子体波,在氧气和空气氛围中加工生成硅氧化量子点结构,有很强的光致荧光(PL)发光,发光效率可达20%;经高温快速退火处理后,在700 nm波长邻域观察到受激发光峰,检测到明显的光学增益和阈值行为,其受激发光峰最窄的半高宽可达0.5 nm。通过第一性原理模拟计算,发现硅氧化量子点结构表面钝化成键的类型与密度是形成受激发光的关键,并由此提出相应的物理模型。     

含氧硅基材料的荧光特性研究

分别采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术和金属辅助化学蚀刻的方法制备了纳米硅/二氧化硅(nc-Si/SiO_2)多层膜和多孔硅纳米线(Si NW)两种含氧的硅基材料.借助透射电子显微镜和扫描电子显微镜对样品的微结构进行表征,在此基础上,利用稳态和时间分辨荧光光谱仪对两种材料的荧光特性进行测量.实验结果表明nc-Si的尺寸越小,多孔Si NW内的孔洞越多,样品的发光越强,但是发光峰不发生移动.在波长为355nm,脉宽为6ns的激光激发下,两种材料都具有微秒(μs)的荧光寿命,对应于载流子从与氧相关的局域态发生辐射复合的过程.将光致发光(PL)强度的增强以及荧光寿命的增大归因于样品内辐射复合中心的增多.同时,在波长为375nm,脉宽为75ps的激光激发下,两种样品在纳秒(ns)范围内均没有检测到荧光衰减信号.     

无水三氯化铝催化聚苯乙炔的制备及荧光性能研究

使用无水ALCL3作为催化剂,通过本体聚合制备出具有良好荧光性能的聚苯乙炔,并用FT-IR。UV-Vis,PL对聚合物结构、性能进行了表征,研究了催化剂用量对聚合物分子量及荧光光谱的影响．结果发现,减少催化剂用量可使分子量增加,主链共轭体系增大,在紫外光谱和荧光光谱上表现出红移现象．另外,当选用不同波长(300、350、400nm)的光激发时,其荧光发射峰依次红移,说明所得聚苯乙炔可能含有多种异构链结构,存在不同的发光点．     

ZnCoO和ZnO纳米棒阵列的结构及发光特性

高浓度排列的ZnCoO、ZnO纳米棒在70℃下水热反应垂直生长在含ZnO薄膜涂层的玻璃上,这些阵列的形貌、结构和发光机理分别用场射扫描电子显微镜、X-ray衍射、光致发光来研究,显示出纳米棒直径为150 nm,沿着[0001]方向生长,氨水浓度和ZnO缓冲层在ZnCoO纳米棒成核和生长中起着重要的作用.用波长为325 nm的激光激发样品,测量了光致发光谱,光致发光表明PL光谱是由宽紫外光和可见光构成,并进一步观察发光谱随激发光功率密度的变化关系,对谱线强度、峰值波长进行了测量,同时对发光谱产生的机理、强度饱和值存在的原由、强度随激发光功率密度变化及紫光峰红移的起因进行了分析.     

YAG激光辐照下单晶硅表面结构变化的研究

将功率为实20~30W、波长为1064nm的YAG激光束照射在硅样品表面打出小孔,在孔内的侧壁上有特殊的网孔状结构。从分析激光与硅材料相互作用的原理来解释孔内侧壁上网孔状结构形成的原理。通过优化激光加工的条件,使我们获得了稳定的低维量子结构的和较强发光的样品。     

纳秒激光加工生成网孔硅的发光

我们分别在氧气、氮气或空气等不同氛围中用纳秒脉冲激光在硅基上加工生成网孔结构,发现这些样品有增强的PL发光,且各样品的PL峰很相似。通过第一性原理计算,发现各种网孔结构表面的成键类型与密度是形成PL发光增强的关键,并由此提出相应的物理模型。     

多孔硅激光

我们用波长为1064nm的纳秒脉冲激光在硅表面打出小孔结构,然后再做高温退火处理形成了硅的纳米氧化低维结构.在514nm激光泵浦下,发现该结构在700nm和750nm处有很强的受激辐射发光(PL).实验中发现:该PL发光有明显的阈值表现和激光增强效应,证明该PL发光确实是光致受激发射.计算給出氧化界面态模型来解释该光致受激发光机理,其中Si=O和Si-O-S的键合可以产生氧化陷阱态,关键在于该氧化陷阱态与价带顶空穴态之间能够形成粒子数反转.为硅基上激光器件的光电子集成研发开辟了新的途经.     

InGaAs/InGaAsP量子阱激光器材料带隙蓝移研究

为了在光开关器件的制作中实现低传输损耗的光波导 ,对InGaAs/InGaAsP分别限制异质结多量子阱 (SCH MQW )激光器结构进行了一系列带隙蓝移实验 .将能量 12MeV、注量 15×10 13cm- 2 的P+注入到实验样品后 ,在 70 0℃下快速热退火 90s.发现光致发光谱的峰值位置发生蓝移 989nm .蓝移量随着注入能量和注量的增大而增大 ,并且能量比注量对蓝移的影响更大 .     

激光辅助制备多孔硅锗的形貌和PL光谱研究

用改进的双槽法和激光辅助照射制备多孔硅锗,用电子扫描探针观察其形貌.同时测样品的PL光谱,峰位在725nm左右,且不随制备条件的变化而变化.强度比一般多孔硅的强度强10倍左右.提出了量子受限和界面态效应综合模型来解释其发光.