n型多孔硅的制备及其光致发光性能

采用双槽电化学腐蚀法于光照条件下在n型单晶硅片衬底上制备多孔硅(n-PS);在室温下,采用500~700 nm范围内荧光光谱和扫描电镜(SEM)测试系统研究光照、腐蚀时间、电解液含量、腐蚀电流密度及单晶硅掺杂含量等对n-PS的形成、结构形貌和光致发光性能(PL)的影响。研究结果表明,通过光照,能获得具有均匀孔分布和良好发光特性的n-PS,在约600 nm处产生较强荧光峰;随腐蚀时间、HF含量和电流密度增加,PL峰位先发生蓝移,而后又出现红移;PL发光性能呈先增强后减弱变化趋势,分别在腐蚀时间为20 min、HF含量为6%和电流密度为60 mA/cm2时峰强出现极大值;而提高掺杂含量,PL性能降低。     

一种新的湿法钝化多孔硅的方法

采用硫代乙酰胺的HF酸水溶液作为氧化剂对初始多孔硅进行钝化处理,改善了多孔硅表面结构并提高了发光强度.同时研究了钝化电流,钝化温度和钝化时间等一系列因素对钝化多孔硅光致发光强度的影响.实验发现,在60℃恒温下,对样品通电流1 mA/cm2,进行10 min的钝化处理可以获得最强的光致发光,发光强度比初始样品发光强度增强了一个数量级.另外,通过傅立叶红外吸收谱(FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)测试分析,探讨了钝化处理使得多孔硅发光强度提高的原因.     

一种新的湿法钝化多孔硅的方法

采用硫代乙酰胺的HF酸水溶液作为氧化剂对初始多孔硅进行钝化处理，改善了多孔硅表面结构并提高了发光强度、同时研究了钝化电流．钝化温度和钝化时间等一系列因素对钝化多孔硅光致发光强度的影响、实验发现．在60℃恒温下．对样品通电流1mA／cm^2．进行10min的钝化处理可以获得最强的光致发光．发光强度比初始样品发光强度增强了一个数量级．另外．通过傅立叶红外吸收谱(FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)测试分析．探讨了钝化处理使得多孔硅发光强度提高的原因．     

钝化多孔硅光致发光谱的时间演化特性

通过改变溶液的组成成份,用水热腐蚀技术原位制备出具有不同表面钝化状况的四类多孔硅样品.将上述样品室温下存放于空气中,其光致发光谱的时间演化特性差异很大.其中,氢钝化多孔硅的发光强度衰减最快,峰位蓝移量也最大,而铁钝化多孔硅的发光强度和峰位则几乎不发生变化.红外吸收谱实验揭示出这种差异可能来源于样品表面钝化成份的不同.此发现为一步原位制取具有稳定发光性能的多孔硅提供了新的思路.     

原子层沉积增强微纳结构硅电池的光电性能

采用原子层沉积技术在硅表面沉积氧化铝(Al2O3)作为钝化层、掺铝氧化锌(AZO)薄膜作为透明电极,将其应用于有金字塔结构和黑硅结构的光伏电池通过对反射光谱、电流一电压(J-V)曲线、外量子效率等测试,比较平面硅、金字塔绒面硅和黑硅3种不同材料结构电池的光电性能通过在金字塔结构硅表面沉积10次循环的A12O3作为钝化层,180nm厚的AZO作为透明电极,光电转换效率达到11.23%,短路电流28.72 mA/c;mz,开路电压0.548 V,填充因子0.71将该钝化层和透明电极应用于黑硅电池上获得了8.89%的光电转换效率结果表明,掺铝氧化锌作为透明电极、A12O3:作为钝化层,对微纳结构硅电池性能有明显提高.     

钝化多孔硅光致发光谱的时间演化特性

通过改变溶液的组成成份,用水热腐蚀技术原位制备出具有不同表面钝化状况的四类多孔硅样品,将上述样品室温下存放于空气中,其光致发光谱的时间演化特性差异很大。其中,氢钝化多孔硅的发光强度衰减最快,峰位蓝移量也最大,而铁钝化多孔硅的发光强工和峰位则几乎不发生变化。红外吸收谱实验揭示出这种差异可能来源于样品表面钝化成份的不同。此发现为一步原位制取具有稳定发光性能的多孔硅提供了新的思路。     

吸附尿素的多孑L硅结构电性质研究

电阻率为15-20 Ωcm n型单晶硅在氢氟酸-乙醇溶液中通过光电化学阳极氧化刻蚀后,再经过光氧化处理得到稳定化的多孔硅(porous silicon,PS).在PS结构基础上通过真空蒸镀金属铝(Al)层形成Al/PS/Si/Al纵向结构和Ps两端镀铝的Al-Ps-Al横向结构.利用多孔硅高比表面积对不同浓度尿素进行吸附后,得到Al/Ps-urea/si/Al or Al-PS-urea-Al结构.研究了上述两种结构的电流电压的半对数关系,结果表明lg I～V,曲线与被吸附尿素的含量呈递减关系,浸泡PS的尿素溶液浓度在1μg·ml-1～1 mg·ml-1范围内呈线性递减关系.基于这两种结构的多孔硅器件有望实现对尿素的传感.     

铁钝化多孔硅形成过程中的形貌演化和腐蚀机理

采用水热腐蚀技术制备的铁钝化多孔硅表面具有可调超结构。详细研究了铁钝化多孔硅水热制备过程中单晶硅片表面的形貌演化。结果表明,在水热腐蚀过程中,存在两种同时发生的腐蚀机制：即对缺陷的化学腐蚀和通过形成微电池所发生的电化学腐蚀。在腐蚀发生的初期,化学腐蚀占主导地位;随后电化学腐蚀逐步起主导作用并对铁钝化多孔硅表面超结构的最终形成起关键作用。还讨论了发生在徽电池中微型阳极和微型阴极上的化学反应。研究结果为实现铁钝化多孔硅表面形貌的人为控制提供理论指导。     

HNO3处理多孔硅高效发光的研究

在实验室条件下对P型单晶硅片进行阳极电化学腐蚀制成多孔硅(Porous Silicon)样片,同时用适当配比的HNO3对多孔硅进行处理.比较了HNO3作用前后样片的光致发光(PL)谱,结果发现用HNO3处理的多孔硅的发光效率有显著提高.用XPS和SEM对样片测试的结果表明酸处理后样片表面形成Si-O结构,其表面平均孔径增大,而且分布更均匀.     

铜/铁钝化多孔硅纳米复合薄膜的制备与形貌研究

由水热腐蚀技术制得的铁钝化多孔硅作为基底,采用浸渍镀膜技术成功制备了铁钝化多孔硅/铜纳米复合薄膜.利用扫描电镜(SEM)、XRD等分析手段对比研究了铁钝化多孔硅在沉积前与沉积后的结构变化特点以及沉积时间对所沉积的铜薄膜的结构的影响.结果表明,在浸渍一定时间后,铜/铁钝化多孔硅纳米复合薄膜继承了新鲜制备的铁钝化多孔硅的结构特点;同时,在溶液浓度保持不变的情况下,随着反应时间的的延长,铜的沉积量逐渐增加,铜纳米颗粒的平均晶粒尺寸逐渐长大.     

硅多孔层分离后稳定的可见蓝紫光发射特性

多孔硅具有很强的室温发光，介绍了多孔硅在分离多孔层后的发光情况，用传统的电化学法腐蚀样品，待多孔层分离后，通过SEM(表面电子显微镜)和PL(光致发光谱)观察多孔层分离后表面的形貌和光致发光特性，观察到样品有很强的蓝紫发光峰，在高温氧气气氛下退火后，发光强度增加，峰位不变，在大气中保存三个月后，发光峰又有所加强，证明样品具有很好的发光特性；FTIR(红外吸收谱)表明多孔层分离后样品表面主要由Si—O、Si—H键组成；利用量子限域—发光中心模型解释了发光机制，认为蓝紫光来自表面SiOx线中的发光中心。     

HNO3处理多孔硅高效发光的研究

在实验室条件下对P型单晶硅片进行阳极电化学腐蚀制成多孔硅（Porous Silicon）样片。同时用适当配比的HNO3对多孔硅进行处理。比较了HNO3作用前后样片的光致发光（PL）谱,结果发现用HNO3处理的多孔硅的发光效率有显著提高。用XPS和SEM对样片测试的结果表明：酸处理后样片表面形成Si-O结构,其表面平均孔径增大,而且分布更均匀。     

原子层沉积增强微纳结构硅电池的光电性能

本文用原子层沉积技术在硅表面沉积氧化铝作为钝化层、掺铝氧化锌薄膜作为透明电极，应用于有金字塔结构和黑硅结构的光伏电池上。通过反射光谱、电流-电压曲线、外量子效率等测试，比较平面硅、金字塔绒面硅和黑硅三种不同结构电池的光电性能。通过在金字塔结构表面沉积10个循环氧化铝作为钝化层，180 nm掺铝氧化锌作为透明电极，光电转换效率达到11.23%，短路电流28.72 mA/cm2，开路电压0.548 V，填充因子0.71。相比于没有钝化层和掺铝氧化锌薄膜的样品，电池各方面性能都得到提高。将该钝化层和透明电极应用于黑硅电池上获得了8.89%的光电转换效率。证明掺铝氧化锌作为透明电极、氧化铝作为钝化层，对微纳结构电池性能有明显提高。     

低效纳米孔晶体硅太阳电池性能研究

晶体硅太阳电池生产中,降低表面反射率能够提高太阳电池短路电流和转换效率.纳米孔硅的表面反射率极低,但报道中所实现的太阳电池输出参数(开路电压、短路电流、填充因子)都低于金字塔结构表面.采用对比法从光学性能、表面微结构和电极接触上对纳米孔硅和金字塔太阳电池进行比较分析,来研究纳米多孔硅太阳电池转换效率的抑制因素.研究表明短时间腐蚀的纳米孔硅太阳电池表面沉积氮化硅钝化膜后的平均反射率提高.长时间腐蚀的纳米孔硅表面沉积氮化硅后在短波段的反射率极低,因此平均反射率小于金字塔结构表面.但是由于纳米孔硅太阳电池的表面复合率高,而孔壁上附着的毛刺不仅会进一步增大表面复合,还会削弱表面钝化效果,因此短波段激发的光生载流子难以被太阳电池利用.所以,光利用和表面复合是抑制纳米孔硅太阳电池开路电压和短路电流的原因,而过大的串联电阻是纳米孔硅太阳电池短路电流和填充因子低的另一个原因.     

喷砂酸蚀对Ti及Ti6Al4V表面形貌及成骨细胞的影响

目的:探讨喷砂酸蚀(SLA)对Ti及Ti6Al4V表面形貌以及成骨细胞增殖和生物活性的影响,为钛及钛合金表面改性处理的研究提供参考.方法:将样品分为Ti(对照组)、Ti(SLA组)、Ti6Al4V(对照组)、Ti6Al4V(SLA组)4组,对照组进行打磨抛光处理,SLA组进行打磨抛光和SLA处理,扫描电子显微镜(SEM)和3D激光共聚焦扫描电镜观察各组样品的表面形貌与粗糙度;ICP电感耦合等离子发射光谱仪检测置于模拟体液(SBF)中的Ti及Ti6Al4V元素析出情况;将成骨细胞接种于各组样品表面,通过SEM观察成骨细胞的伸展状态;MTT实验和AKP实验检测成骨细胞的增殖和分化水平.结果:SLA后的Ti及Ti6Al4V表面形成微米级多孔粗糙结构;Ti及Ti6Al4V置于模拟体液中均有元素Ti析出,Ti6Al4V析出了少量Al和V元素;SLA组细胞增殖量和⊿A值均高于对照组,SLA后的Ti6Al4V组细胞增殖量和⊿A值高于Ti组,均有统计学差异(P0.01).结论:SLA可改善Ti及Ti6Al4V表面形貌形成微米级多孔粗糙结构,从而提高Ti及Ti6Al4V表面成骨细胞的增殖和分化水平,且SLA后的Ti6Al4V更有利于成骨细胞的增殖和分化.     

多孔硅/高氯酸钠复合材料的合成与爆炸特性研究

本文采用电化学阳极氧化法制备多孔硅,考察不同氧化条件下多孔硅孔隙率及膜厚的变化情况,研究电化学阳极氧化工艺条件、高氯酸钠溶液浓度以及贮存方法等因素对多孔硅复合材料爆炸反应的影响。结果表明,多孔硅孔隙率随电流密度增大而增大,当电流达到50mA·cm~（-2）以上时略有降低,孔隙率随氧化时间增大而先增大后减小,且氧化时间为30min时最大,孔隙率随氢氟酸浓度增大反而减小;多孔硅膜厚随时间增大而增大。SEM分析表明,多孔硅表面产生裂缝,内部形成硅柱。在电流密度小、氧化时间短的条件下形成的多孔硅复合材料不易爆炸,当NaClO4甲醇溶液质量浓度大于0.098g·mL~（-1）时发生强烈爆炸,将多孔硅复合材料用乙醇浸泡是最为理想的贮存方法。     

电化学腐蚀多孔硅的发光特性

采用直流电化学腐蚀的方法在不同电流密度下制备了多孔硅样品.用SEM,FTIR,PL谱研究了制备样品的结构和发光特性.结果表明,多孔硅样品的发光强度和峰位与电流密度存在密切关系,制备的多孔硅存在378,470,714nm的光致发光,对这几个发光峰的发光机理进行了讨论.     

吸附尿素的多孔硅结构电性质研究

电阻率为15～20Ωcm n型单晶硅在氢氟酸-乙醇溶液中通过光电化学阳极氧化刻蚀后,再经过光氧化处理得到稳定化的多孔硅（pmoussilicon,PS）．在PS结构基础上通过真空蒸镀金属铝（Al）层形成Al／PS／Si／Al纵向结构和PS两端镀铝的Al-PS-Al横向结构．利用多孔硅高比表面积对不同浓度尿素进行吸附后,得到Al/PS-urea／Si／Al or Al-PS-urea-Al结构．研究了上述两种结构的电流电压的半对数关系,结果表明lg I-V曲线与被吸附尿素的含量呈递减关系,浸泡Ps的尿素溶液浓度在1μg·ml^-1-1mg·ml^-1范围内呈线性递减关系．基于这两种结构的多孔硅器件有望实现对尿素的传感．     

镀锌层三价铬与六价铬钝化膜的性能

为了以三价铬替代镀锌层钝化溶液中的六价铬,实现镀锌工艺的清洁生产,利用中性盐雾实验(NSS)、Tafel曲线和扫描电镜对镀锌层三价铬和六价铬钝化膜的耐腐蚀性能、电化学行为、耐高温性能和表面结构进行了比较研究.NSS实验结果表明,三价铬钝化膜的耐腐蚀性能高于六价铬钝化膜,NSS时间可达84 h;Tafel曲线表明,三价铬钝化膜的腐蚀速率低于六价铬钝化膜,耐高温性能则高于六价铬钝化膜;SEM照片显示,三价铬钝化膜的表面形貌为致密结构,高温处理后膜层变化不大,而六价铬钝化膜表面为疏松的网状结构.     

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。