多孔硅的双峰光致发光谱与光发射机制

多孔硅的光致发光谱是多孔硅研究的极其重要的一个方面,除了早已广泛研究的单峰光致发光谱外,近来有人报道新制备的或经干氧处理的多孔硅在低温下明显存在多峰光致发光谱,本文将报道室温下在后处理多孔硅中观察到的双峰光致发光谱,并讨论后处理条件对光谱特征的影响,这种讨论对多孔硅可见光发射机制的探索提供了十分有价值的启示.多孔硅样品用电化学阳极氧化方法制备.样品衬底是P~-(100)单晶硅片,电阻率为     

多孔硅的电位调制波长的可见光发射

虽然早在60年代就发现了单晶硅在氢氟酸中阳极氧化时伴随的电致荧光现象,直到1991年,随着多孔硅室温下可见光致荧光的发现,才真正认真开始了多孔硅电致发光的研究,由于PS固体电致发光器件的能量转换效率极低 10~(-4)～10~(-6),通常认为是导电镀层不能与表面粗糙的硅多孔层很好接触所致.为解决这一问题,Kelly等提出并实现了在强氧化剂溶液中阴极极化多孔硅的可见光发射,从而开辟了液相PS电致发光的新领域.通过对其电化学及光谱特性的研究,有助于弄清半导体电极的光电化学过程及荧光发射机制.Bsiesy在过硫酸铵溶液中调节多孔硅阴极偏压来改变电致荧光的波长,为可控波长的电光转换开辟了新途径,显示了硅在光电子学领域的巨大应用前景.本文对低掺杂N型多孔硅电位调制波长可见荧光发射现象进行了深入研究,首次报道了电致发光随时间淬灭峰位红移的光谱特征,并就其发光机制加以讨论.1 实验方法本实验所用样品为(100)晶面抛光的N型单晶硅,电阻率3～5Ω·cm.采用恒电流方式(电流密度=5mA/cm~2)阳极电解,对电极为透光的Pt网,电解液由重量百分比1:5:5的HF:EtOH:H_2O组成.氧化过程中用功率50W的卤钨灯照射,腐蚀10min后样品表面形成黄色多孔层,在紫外光激发下发出明亮的红黄色光.     

光致发光多孔硅的特性研究

硅常温下的禁带宽度仅1.1eV,且是间接跃迁型半导体。这是困扰光电子学几十年的老问题,多年来人们想尽各种掺杂办法,均未达到理想的结果,Canham用电化学刻蚀的办法在单晶硅片上形成多孔硅,然后停电继续腐蚀一段时间,制成高孔积率(80％以上)的多孔硅膜,在氩离子激光激发下,用肉眼就能观察到明显的红光发射,这一发现在光电子学领域引起了轰动。多孔硅早在30年前就已发现,在近10年内受到广泛注意,但主要是利用多孔硅形成良好的SiO_2电绝缘层,因此其孔积率一般不超过56％,Canham的第二步腐蚀是形成发光层的关键,而Bsiesy等则采用氧化的方法能达到同样的目的,到目前为止,大多数人认为这一现象是由量子效应引起的这种观点认为:在电化学形成多孔硅过程中,硅基     

多孔硅的热氧化与光致发光

多孔硅的室温可见光发射现象报道迄今已3年有余,Canham和Lehamm分别提出了光发射的量子限制模型,来解释多孔硅的光致发光现象.我们前期工作中发现的多孔硅的荧光峰值能量随HF酸浓度变化的“台阶”行为,有力地支持了量子限制模型.但对于荧光强度的变化和一些与表面后处理有关的实验事实,仅用量子限制模型则不能给出令人满意的回答.关于多孔硅光致发光的机制仍是一个争论的问题.     

多孔硅发光机理的研究

自从Canham报道了多孔硅的高效可见光发射后,国内外许多研究组开展了对多孔硅发光的研究.人们希望利用多孔硅的高效可见光发射弥补硅材料低带隙、间接带的弱点,实现廉价的全硅光电集成,同时可以制备廉价的显示器件.虽然已有人制备出了多孔硅光探测器、电致发光器件,但对多孔硅可见光发射现象产生的机理还在进一步研究之中.一种观点认为是由于多孔硅形成了纳米量级的硅柱造成的量子限制效应引起的高效可见光发射;近来有人提出是由于其中的硅氧烯(Siloxene)发光所致;当然还有一些其它看法,至今未成定     

硅纳米线的反常Raman 光谱现象

对一维硅纳米线测量了用不同波长激光激发遥Ｒａｍａｎ光谱，发现了Ｒａｍａｎ光谱特征随入射光波长改变的“反常”现象，基于量子限制效应通过分析样品的晶体和Ｒａｍａｎ光谱的变化特征认为这一“反常”现象是Ｒａｍａｎ光谱共振选择效应的反映。     

准分子脉冲激光制备发光硅晶粒的新途径

半导体硅是制备集成电路芯片和晶体管的重要材料,用硅制成的特种器件可用于检测光信息,由于其间接带隙的能带结构及禁带宽度仅1.12eV,因而本身无法由电致(EL)和光致(PL)发射高效率的可见光,使其在光电子器件领域的应用受到了限制.探索硅基材料的可见发光是材料科学领域中的重大研究课题.目前已有多种实现这一效应的方法,如电化学腐蚀的多孔硅和微波等离子体淀积的超细硅粉等,但是实际器件运用中所需材料必须具有良好的表面性质和均匀的内部结构.我们曾用Ar离子激光晶化技术使:a-Si:H/a-SiN_x:H多量子阱(MQW)结构中:a-Si:H阱层晶化成纳米晶粒,观察到室温可见光致发光现象,该方法可以人工设计并有效控制晶粒尺寸且材料内部结构均匀.本文将报道KrF准分子脉冲激光辐照a-Si薄膜制备室温呈现可见PL特性的硅晶粒的新方法,所用激光具有曝光面积大、能量高、作用时间短等特性,其晶化的均匀程度和效率均优于Ar离子激光,并且是一种“低温”、“干法”晶化过程,对衬底影响较小,从而有利于提高晶化样品性能,形成均匀的纳米晶粒,以期研究获得可见发光材料的新途径.     

金属/PS/n-Si结构光电转换效率的研究

在许多研究工作着重于多孔硅(PS)的发光机制和提高电致发光效率的同时,多孔硅接触结构问题也受到人们的关注,认为多孔硅众多的表面态导致多孔硅接触结构具有较大的内部串联电阻和较大的理想因子.在光电转换方面,金属/孔硅结构也表现出一些特别性质.本文报道采用电镀法制备的M/PS/n-Si结构的光伏效应,以及采用一种特别的设计大大提高M/PS/n-Si复合结构的光电转换效率.1 多孔硅的制备用来制备多孔硅的是单面抛光的(100)方向的n型单晶硅,电阻率约为8Ω·cm.首先在硅片未抛光面制备欧姆接触的铝膜.然后采用阳极氧化方法制备多孔硅 溶液配比为HF:H_2SO_4:酒精=4:2:4,电流密度为5mA/cm~2,阳极化时间为30min在制备过程中采用150w钨灯距硅片20cm处照射.     

多孔硅发光膜的研究

Canham在1990年报道了多孔硅光致发光,并提出发光多孔硅具有尺度为几个纳米的量子线阵结构。其后不久,Richter等制作了第一个多孔硅光发射器件。目前,有关多孔硅发光的机理研究,提出了几种设想。多数研究者倾向于多孔硅的量子线阵结构使带隙增宽,导致可见荧光。但是,到目前为止,发光多孔硅的量子线阵结构尚无直接的实验证据。另外一些观点有:多孔硅中的硅氢烷发光;附着在硅表面的某种分子发光,以及多孔硅表面性质     

纳米硅粉末的制备及红外吸收光谱研究

纳米硅和多孔硅发光的发现,引起了人们对纳米级半导体材料研究的重视.对这种现象的解释主要归结为以下两点:一是因颗粒尺寸小而引起能带结构的变化,导致跃迁选择定则改变引起发光,即所谓量子尺寸效应;二是在硅小颗粒表面的氢、氧等杂质与硅化合形成缺陷,悬键所引起发光。目前对这两种解释尚无定论。对于后者,弄清楚纳米硅中氢、氧的存在方式与结构的关系对研究纳米硅的发光机理有很重要的意义。红外吸收光谱作为探测硅中的氢、氧等的手段已进行了很多的研究。本文利用激光诱导化学气相沉积法(LICVD)用SiH_4为原料制备了平均粒度为10～12nm的晶态纳米硅粉。并通过红外吸收光谱对纳米硅粉末中的氢和表面氧化所引起的氧的存在情况进行了分析。发现纳米硅粉末由于表面原子活性大,有氧化现象,在其中存在(H_2-Si)。原于团和HSiO两种类型的硅氢结构。前者是一种不稳定结构,退火温度达到600℃时分解,在红外谱上的吸收峰消失;后者是一种稳定结构,随退火温度的升高,氧含量的增多,向高波数方向移动。这主要是由于氧的电负性对H-Si的影响形成的。     

量子点中的界面极化子和多孔硅发光现象

量子点中的极化子效应是当前量子点研究中的重要问题，其特征急需了解，提出了量子点中量子限域极化子的概念，可能性和能量随尺寸的变化规律，指明本征声子和外来声子都可能对其形成有贡献，利用此模型分析了多孔硅体系中的光谱特征。发现表面覆有氧化层的纳米硅的行为十分符合量子限域极化子的特征。     

表面化学分子吸附增强多孔硅发光效率

多孔硅室温下的可见光发射,在光电子器件、光记录材料和化学传感器等方面有重要的应用前景,引起了人们广泛的关注.近几年Ｓａｉｌｏｒ等人研究多孔硅的表面化学分子吸附对发光性能的影响,发现有机胺、极性、非级性溶剂、有机、无机酸碱和金属离子等淬灭多孔硅的荧光[1].而表面化学吸附导致多孔硅荧光增强至今很少报道.本工作报道了ＨＮＯ3氧化的多孔硅表面吸附9氰基蒽(9ＣＡ)分子后的发光增强现象.用Ｐ(100)单晶硅(15Ωｃｍ)为衬底,在ＨＦ∶Ｃ2Ｈ5ＯＨ=1∶1溶液中以30ｍＡ/ｃｍ2的恒电流阳极刻蚀10ｍｉｎ制备多孔硅,继而在20%ＨＮＯ3溶液中…     

多孔硅光致发光激发谱测量与机理分析

对多孔硅光致发光光谱(PL)和光致发光激发谱(PLE)的研究可以获得许多有关多孔硅发光机理的信息。已有许多文章报道了多孔硅发光的光谱特性和多孔硅的制备条件以及后续处理之间的关系,并据此提出了不同的发光模型。也有人对多孔硅的发光特性和激发条件间的关系进行了研究,并提出多孔硅的发光和表面态或荧光中心有关。我们用不同波长的单色光作激发源,测量了多孔硅发光的光谱特性,并用连续变化波长的单色光作激发源,测量     

TiO_2纳米管的阳极氧化法制备及对对氯苯酚的光电降解研究

在含有乙醇的氢氟酸溶液中,用阳极氧化法制备了高度取向的TiO2纳米管阵列,并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、紫外-可见漫反射(DRS)和荧光光谱(PL)对样品进行表征,探讨了TiO2纳米管阵列的形成机理.结果表明,制备的TiO2纳米管阵列垂直生长于钛基底表面,分布均匀,管径约为90nm,管壁厚约20nm,管长约400～500nm,并且表现出更大的禁带宽度和良好的光致发光特性.此外,使用该纳米管对对氯苯酚的光电催化降解实验表明,光电催化效率明显高于光催化和电化学过程之和,表现出一定的光电协同作用;施加的阳极偏压也存在一个最佳值.     

由局外粒子吸脱附诱导的一类新的电化学振荡

自组织现象和理论研究是当今科学前沿之一.化学的基本规律是非平衡和非线性的,近年来随着非线性动力学的发展,有关金属阳极溶解和电催化等电极过程中的电流或电位振荡现象的研究成为一个热点课题[1～3].电化学振荡大都对应着电极表面的阻化、活化交替过程[4],如金属阳极溶解过程中难溶性盐膜的生成和溶解,电催化过程中中间产物的吸附和脱附,且大多与反应和产物粒子的传质过程密切相关.在金属防腐蚀、电镀和电池等实用电化学体系中有关添加剂性能和机理的研究具有重要的理论和实用意义,这些添加剂相当一部分能够吸附到电极表面上通过改变电极…     

TiO2纳米管的阳极氧化法制备及对对氯苯酚的光电降解研究

在含有乙醇的氢氟酸溶液中, 用阳极氧化法制备了高度取向的TiO₂纳米管阵列, 并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、紫外-可见漫反射(DRS)和荧光光谱(PL)对样品进行表征, 探讨了TiO₂纳米管阵列的形成机理. 结果表明, 制备的TiO2纳米管阵列垂直生长于钛基底表面, 分布均匀, 管径约为90 nm, 管壁厚约20 nm, 管长约400~ 500 nm, 并且表现出更大的禁带宽度和良好的光致发光特性. 此外, 使用该纳米管对对氯苯酚的光电催化降解实验表明, 光电催化效率明显高于光催化和电化学过程之和, 表现出一定的光电协同作用; 施加的阳极偏压也存在一个最佳值.     

N+注入硅RTA样品的蓝绿光发射

自发现多孔硅在室温下可以发射可见光以来,人们对量子尺寸限制效应的研究兴趣剧增。由于多孔硅结构疏松,不利于广泛应用,人们开始将注意力转移到纳米硅薄膜的研究。朱美芳等人利用非晶硅薄膜快速退火处理,获得连续纳米硅薄膜,并观察到蓝绿光发射,但在脱氢过程中,纳米硅薄膜易损坏。本文通过高剂量N~+注入到硅基体上,经快速退火形成硅与氮化硅镶嵌结构的大面积的纳米硅薄膜,T≥1000℃退火后的样品,观测到有稳定的蓝绿光(500～610nm)发射。     

硅基低维发光材料的研究进展

20世纪90年代,作为硅基光电子学的一个主导发展方向,硅基低维发光材料的研究取得了一系列重要进展。一方面,硅基超晶格、量子阱以及多孔硅的研究不断深化,具有潜在的发展优势。另一方面,由各种成膜技术形成的各种纳米晶硅薄膜、硅基纳米微粒以及由自组织生长方法制备的硅基量子点的研究崭露头角,亦呈现出良好的发展势头。本文综合评述了各类硅基低维材料在发光特性方面的研究进展。     

硅纳米孔柱阵列及其表面铜沉积

采用水热腐蚀技术制备了硅纳米孔柱阵列(silicon nanoporous pillar array, Si-NPA), 并以此为衬底通过浸渍沉积制备出一种具有规则表面结构的铜/Si-NPA纳米复合薄膜(Cu/Si-NPA). 形貌和结构分析表明, Si-NPA是一个典型的硅微米/纳米结构复合体系, 它具有三个分明的结构层次, 即微米尺度的硅柱所组成的规则阵列、硅柱表面密集分布的纳米孔洞以及组成孔壁的硅纳米单晶颗粒. 研究发现, Cu/Si-NPA在形貌上保持了Si-NPA的柱状阵列特征, 薄膜中铜纳米颗粒的致密度随样品表面微区几何特征在柱顶区域和柱间低谷区域的不同而交替变化, 并形成一种准周期性结构. 上述实验现象被认为来源于铜原子的沉积速度对Si-NPA表面微区几何特征的选择性. Si-NPA可以成为合成具有某些特殊图案、结构和功能的金属/硅纳米复合体系的理想模板.     

有机溶剂诱导的多孔硅光致发光猝灭机理

1990年多孔硅室温可见光发射的报道引起了科技界的极大关注.现已形成了一个对硅材料研究很活跃的领域.目前的研究焦点主要集中在以下几方面:(1)发光机理的探讨;(2)改善发光的稳定性,提高发光的量子产率及制备各色光的多孔硅量子线阵列;(3)研制多孔硅光电器件;(4)发光的化学碎灭特性及其应用的研究. 我们研究了三类有机溶剂对多孔硅光致发光的猝灭作用。烷烃不猝灭发光(包括环己烷、正庚烷和溴乙烷等),而且还有很弱的增敏作用.但苯具有弱的猝灭效应.气相浓度(以氮气作稀释气体)为 1.9 × 10~(-3) mol/L时,猝灭了发光强度的15％,猝灭过程光谱没有蓝移或红移.含氧有机溶剂,包括甲醇、乙醇、四氢呋喃、二氧六环、环氧氯丙烷、乙醚、苯甲醚、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丙酮和丁酮等,它们的猝