多孔硅及其应用研究

２０世纪９０年代初期人们发现的多孔硅的光致发光现象对硅被认为不可能制作可见光区光电器件的传统概念产生了巨大冲击。国际上掀起了一股多孔硅热国内也已经起步。结合作者在多孔硅方面的部分工作对多孔硅的形成机理,微观结构,发光机制和应用前景作了较详细的介绍。     

多孔硅的电致发光操作模型研究

通过实验分别实现了固、液两种类型的多孔硅电致发光模型.根据液态下的化学反应,分析了"空穴消耗,电子注入"机制,解释了液态下电致发光的载流子产生和复合机制.利用固态模型的I-V特性曲线,分析了多孔硅发光二极管的载流子产生机制和发光机理.实验分析为进一步提高多孔硅电致发光效率,实现硅基光电集成打下基础.     

多孔硅的微结构和发光机制探讨

阐述了多孔硅微结构及主要发光机制,并了微结构研究与发光机制研究中存在的问题,并提出改进制备及后处理工艺,纯化表面成分及状态,改善硅悬键钝化工艺是较可行的解决途径。     

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.     

多孔硅的发光

用电化学腐蚀的方法成功地制备出多孔硅系列样品,这种材料具有室温下肉眼可见的红色发光。波段分布在550-900nm之间的带状光谱,半宽度为0.31eV,峰值波长位于700nm附近。随着测量温度的升高,发光峰位兰移,发光强度随温度的变化呈指数变化规律。实验结果表明,多孔硅的发光是局域在量子线上激子的辐射复合。     

可见光波段发光多孔硅膜的结构特征研究

采用在HF溶液中阳极处理硅单晶片的方法制备了具有可见光波段发光特性的多孔硅膜。应用X光衍射技术及激光喇曼散射谱研究了发光多孔硅膜的结构特征。研究结果表明:纳米量级尺寸是多孔硅膜的一个重要特征。估计多孔硅硅柱横截面直径在几到十几纳米之间。     

多孔硅发光特性的研究

在以氢氟酸为基本组份的腐蚀液中,以单晶硅为阳极采用横向阳极氧化方法,制备了具有光致发光特性的多孔硅,系统地研究了多孔硅薄膜的光学性质;x光衍射分析表明样品具有良好的晶体质量;测量了样品的变波长激光喇曼光谱,光致发光峰值波长和半峰高宽度对电解液组份、电解电流密度及电解时间等量的依赖关系;利用二维量子尺寸效应对上述物理现象作了定性的解释.     

多孔硅的研究及其应用

多孔硅是一种新型的纳米半导体光电材料,室温下具有优异的光电特性,易与现有硅技术兼容,极有可能实现硅基光电器件等多个领域的应用。本文简明的论述了多孔硅的光电特性之后,又简单介绍了多孔硅在生物科学、照明材料及太阳能电池等多个领域内的应用进展情况,并对其发展前景作了展望。     

多孔硅荧光谱双峰结构的研究

采用阳极腐蚀法制备了多孔硅（PS），用原子力显微镜（AFM）照片对其表面和结构做了分析，观察到多孔硅纳米尺寸的微结构；并进行了多孔硅层（PSL）的光致发光谱（PL）测量，观察到PL谱峰的“蓝移”和双峰现象，符合量子尺寸效应和发光中心理论，红外吸收光谱进一步证明了发光中心的存在。     

多孔硅的能带与发光机制的研究与分析

在光致发光技术对多孔硅光学性质研究的基础上讨论了与多孔硅的微观结构有关的多孔硅的能带结构,用能量赝势法模拟计算出多孔硅的能带间隙.     

多孔硅的制备和光致发光

用阳极氧化方法制备了多孔硅样品，研究了样品在室温下受紫外光（３５５ｎｍ）激发的发光特性．发现随着阳极氧化电流密度和腐蚀时间的增加，发光峰呈蓝移。用ＫＯＨ溶液和水对多孔硅处理，发光光谱有明显变化。解释了有关发光现象。     

多孔硅及其分形特性研究

利用阳极氧化技术制备了多种多孔硅（ＰＳ）样品，测出其结构参数，并摄得相应的ＳＥＭ微观形貌图片．针对多孔硅的结构特点，确立相应的离散分形布朗随机增量（ＤＦＢＩＲ）场模型，应用图像处理方法，求出不同ＰＳ微观图像的分形参数．发现了ＰＳ结构参数和分形参数的内在联系与规律性，为ＰＳ的定量化研究提出了新的方法     

多孔硅的形成机制及吸收特性

用测量多孔硅反射谱的方法研究了多孔硅在吸收边附近的特性。由于多孔硅的微空洞和残余部分大约只有纳米量级,故采用波长为２００～２６００ｎｍ的红外到紫外范围的光照射,根据多层膜的反射公式,计算出多孔硅在吸收边附近的吸收系数。结果表明（αｈω）２与（ｈω－Ｅｇ）呈线性关系,表明多孔硅在一定程度上已转变为直接带隙半导体。     

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.     

多孔硅光致发光的时间效应

讨论多孔硅制备时阳极化时间、样品在大气中的放置时间对多孔硅室温下光致发光光谱和红外吸收光谱的影响。并用量子线模型对结果进行了讨论。     

多孔硅的制备与微结构分析

本文通过电化学阳极氧化方法制备了多孔硅,并对它的微观形貌和红外吸收光谱进行分析,结果表明多孔硅的微观结构与电流密度、腐蚀流配比有关。随着电流密度的升高,氢氟酸浓度的增大,多孔硅的微观结构将从“海绵”状转变成“树枝”状,随腐蚀时间延长,Ｓｉ－Ｈ键和Ｓｉ－Ｏ键明显地增强,这有利于改善发光。     

改进的多孔硅生长模型和计算机模拟

基于多孔硅生长过程中阳极化电流,氢氟酸(HF)含量与多孔硅微结构的关系,提出一个改进的多孔硅生长模型,并进行了计算机模拟.该模型吸收了限制扩散模型的优点,同时考虑了F-与空穴的反应过程因素,利用该模型可以模拟出多孔硅形成过程中大电流条件下的电化学抛光现象.二维(100×100)点阵模拟结果与实验数据具有较好的匹配性,模拟得出的多孔硅的多孔度同实验数据相比较,误差不超过10%.