掺铒富硅氧化硅发光器件电致发光衰减机制

首先采用多靶射频磁控共溅射结合后退火工艺制备了掺Er富硅氧化硅MIS(金属-绝缘体-半导体结构)电致发光器件,然后通过电致发光(EL)以及电流-电压(I-U)特性测量对发光器件的光电性能进行表征.最后,通过对比不同富硅含量的发光器件的载流子输运机制,并通过分析器件中的电荷俘获过程,对富硅氧化硅器件中铒离子电致发光的激发和猝灭机制进行了解释.结果表明:富硅的存在改变了MIS发光器件中的载流子输运过程,造成外加电场下注入的电子能量降低,进而降低Er离子发光中心的激发效率;而富硅引入的缺陷态会引起电荷俘获及俄歇效应,也会使得发光中心发生非辐射复合过程.     

多孔硅整流特性研究

从多孔硅的最基本的器件结构--金属/多孔硅/硅入手,研究这种结构的电学性质:整流特性,对进一步理解和提高多孔硅的电致发光和多孔硅在其它一些电学方面的应用有着积极的意义.用电化学腐蚀法制得多孔硅,对多孔硅电化学氧化和氮气气氛下退火,研究这两种后处理方式对多孔硅整流特性的影响.多孔硅经高浓度硫酸电化学氧化后,整流特性消失;多孔硅经氮气气氛下退火后,整流特性增强;分析了相应的机理.     

SiOx(X≤2)基电致发光体系研究进展

近年来,SiOx(X≤2)基电致发光材料发展迅速。着重讨论了5种具有实用潜力Si基LED包括离子掺杂、Si-nc嵌SiO2、多孔硅、a-Si(C):H以及MOS结构,并对其电致发光机理以及存在的问题如量子效率低、稳定性差进行了分析,认为电致发光原子SiOx(X≤2)中发光中心和界面缺陷处载流子的辐射复合。在激子碰撞和电子空穴复合发光体系中,提高载流子的平衡注入能够显著提高量子效率。在对比SiOx(X≤2)基LED研究的基础上,对下一步发展提出了建议。     

多孔硅整流特性研究

从多孔硅的最基本的器件结构——金属/多孔硅/硅入手,研究这种结构的电学性质：整流特性,对进一步理解和提高多孔硅的电致发光和多孔硅在其它一些电学方面的应用有着积极的意义。用电化学腐蚀法制得多孔硅,对多孔硅电化学氧化和氮气气氛下退火,研究这两种后处理方式对多孔硅整流特性的影响。多孔硅经高浓度硫酸电化学氧化后,整流特性消失;多孔硅经氮气气氛下退火后,整流特性增强;分析了相应的机理。     

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.     

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%.     

多孔硅的电致发光研究

用电化学氧化方法在镀有Al电极的Si片上制备了多孔硅样品,在其上再镀一层ITO透明薄膜作为电极,得到了多孔硅电致发光器件。研究了该器件的结构形貌、光学和电学特性。通过扫描电镜可以观察到多孔硅的"树枝状"结构。器件的I-V特性曲线表明,当加正向偏压时,电流随着电压的增加快速增大,表现为正向导通。当加反向偏压时,电流很小,几乎为零,表现为反向截止,显示出单向导电性特点。器件的电致发光谱和光致发光谱相比,中心峰位和谱峰范围都基本一致,但有蓝移,这主要是因为二者的发光机制不同造成的。     

低温下多孔硅电学性质研究

在低温下（10－300K）对多孔硅（Al/多孔硅／单晶硅结构）的I－U特性进行了测量,得到了I－U特性随温度的变化曲线,结果表明,低温下多孔硅的电阻率远大于单晶硅,当温度变化时,电阻率的变化不是单调的,其原因一是电流的主要输运机制随温度的降低发生变化,二是多孔硅中的缺陷态俘获载流子的能力随温度降低而变弱。     

C60偶联多孔硅系统的蓝光发射

用G60作为表面钝化剂，与多孔硅进行偶联．发现当C60偶联多孔硅系统在空气中存储一年后，能够发射460nm左右的强烈蓝光．经过系统的测量和分析，认为蓝光起源的发光中心与SiO2体材料中的“自捕获激子”模型类似．它是由一个氧空位和一个间隙氧组成的，间隙氧同时和相邻的晶格氧形成过氧连接．光激发载流子来自于Si纳米晶粒的核心，辐射复合过程则在多孔硅表面的发光中心进行．进一步的电子束辐照和臭氧辐照实验证明了这个发光中心的存在．从FTIR谱的分析，推测是样品表面Si=O双键的缓慢变化促使了蓝光中心的自发产生．     

多孔硅形成过程及孔隙率的计算机模拟

为了用计算机模拟电化学方法制备多孔硅的过程，基于Monte Carlo和扩散限制模型（DLA）建立一种新模型，引入耗尽区范围、腐蚀半径和腐蚀几率等参数，用Matlab来实现．模拟得到了电流密度、HF酸浓度、腐蚀时间以及硅片掺杂浓度等实验条件对多孔硅孔隙率的影响趋势，与实验结果一致，模拟出的孔隙率值也与实验值接近．因此所建立的模型可以用来模拟电化学法制备多孔硅的过程．