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．     

用于RF无源器件的氧化多孔硅隔离层技术

为了提高片上射频(RF)无源器件的性能,可以利用氧化多孔硅厚膜隔离硅衬底来降低硅衬底的高频损耗.通过采用Serenade SV建模对共面波导传输性能的分析,计算了不同厚度的氧化多孔硅隔离层硅衬底的损耗.结果表明氧化多孔硅(OPS)隔离层能够极大地降低硅衬底在高频条件下的损耗.实验制备过程中采用电化学阳极氧化法在n+衬底上制备了多孔硅厚膜,继而将孔隙度大于56%的多孔硅样品利用两步氧化法氧化为氧化多孔硅厚膜,有效地解决制备过程中的隆起失效和崩裂失效问题.测量了多孔硅的生长速率和氧化多孔硅的表面形貌.制作了一个氧化多孔硅隔离层上的5 nH的Cu平面电感,在2.4 GHz时电感的品质因数(Q值)超过了6.     

模拟多孔硅的形成

介绍了用二维二分量电阻网络模型，根据随机动力学及考虑到局域电流的影响，计算机模拟多孔硅的形成。讨论了不同动力学条件下的模拟结果同阳极腐蚀硅的ＴＥＭ观察结果之间的对应关系。     

基于阳极腐蚀的多孔硅成长速度研究

提出基于阳极腐蚀的多孔硅的形成同时包含多孔硅的形成和电抛光体硅两部分组成 .把电抛光体硅的电流密度Je 与总的腐蚀电流密度J的比值定义为抛光因子α .推导出了多孔硅的成长速度与腐蚀电流密度、多孔度和抛光因子α之间的关系式 .在实验误差的范围内 ,三组文献提供的实验数据验证了本文结论的正确性 .     

电化学脉冲腐蚀制备多孔硅微腔技术

基于电化学脉冲腐蚀方法,用正交实验法给出了制备多孔硅微腔较为理想的制备参数:脉冲周期为5 ms,占空比为5/10和上下各6个周期的Bragg镜面层,得到了半峰宽为6 nm的窄峰发射的多孔硅微腔.并用了以HF酸扩散为基础的多孔硅动态腐蚀机理对实验结果进行了解释,认为在用电化学脉冲腐蚀法制备多孔硅微腔的过程中,不但要考虑到HF酸对硅的纵向腐蚀(电流腐蚀),也要考虑到HF酸对多孔硅硅柱的横向腐蚀(浸泡腐蚀).     

孔隙率对氧化锌/多孔硅光致发光的影响

用电化学方法制备不同孔隙率的多孔硅,然后用脉冲激光沉积的方法,以多孔硅为衬底生长氧化锌(ZnO)薄膜,研究多孔硅的孔隙率对ZnO薄膜的质量和光致发光谱的影响,用X射线衍射仪和扫描电子显微镜表征ZnO薄膜的结构性质.结果表明,当多孔硅的孔隙率较大时,沉积的ZnO薄膜为非晶结构.沉积上ZnO薄膜之后,多孔硅的发光谱蓝移,由于ZnO薄膜缺陷较多,其深能级发光较强.ZnO的深能级发光与多孔硅的橙红光相叠加,得到了可见光区宽的光致发光带,呈现白光发射.     

高阻硅掩膜选择性生长多孔硅阵列

介绍一种在低阻P型硅衬底上用氢离子注入技术形成局部高阻硅掩膜，用电化学腐蚀选择性生长多孔硅微阵列的工艺流程。结果证明，用高阻硅掩膜选择性生长多孔硅具有很好的掩蔽效果，生成的多孔硅阵列的有序性和完整性良好。     

超高多孔度多孔硅的制备和特性研究

在〈10 0〉和〈111〉硅衬底上 ,用超临界干燥方法制备了超高多孔度的多孔硅 (多孔度大于90 % ) ,并对其光致发光和光致发光激发以及结构进行了研究 .发现光致发光峰位随多孔度增加而蓝移的数值远小于量子限制模型预期的结果 .     

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.     

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。     

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.     

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.     

烷基化多孔硅的制备与表征

以p型单晶硅作为研究对象,采用电化学阳极氧化方法制备新鲜多孔硅以及与十二碳烯进行氢化硅烷化反应形成烷基化多孔硅,利用扫描电子显微镜、红外光谱仪、荧光光谱仪等表征烷基化多孔硅的形态、组成、光致发光、耐碱性等.结果表明,新鲜多孔硅表面呈微米级长方形块状结构,含大量Si-Hx(x=1, 2, 3)键,而氢化硅烷化反应后其表面则变为岛状结构,且出现与烷基有关的C-H键伸缩振动峰;延长氢化硅烷化反应时间,所得多孔硅光致发光峰值强度增加,峰位蓝移,耐碱性有明显提高.     

镍钝化多孔硅表面形貌的控制和光致发光性能的改善

利用水热技术制备了系列镍钝化多孔硅样品,并对其表面形貌和光致发光谱进行了研究。实验表明,样品的表面形貌与其光致发光特性之间存在强烈的关联:采用具有较低Ni~(2 )浓度的腐蚀液所制备的样品表面形貌更为均匀,并具有相对较强的发光和较窄的发光峰。初步探索了通过对样品表面形貌的控制来改善样品发光性能的有效途径。     

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。     

多孔硅中组装SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的发光现象

用溶胶-凝胶法制备符合SrAl2O4：Eu^2 ，Dy^3 化学组成的溶胶，通过水热反应组装后还原的多孔硅主客体材料的荧光光谱发生显蓝移，并出现一个新的400～450nm的余辉发射峰，分析其原因主要是发光材料进入了多孔硅的纳米孔洞，二价铕离子周围的环境变化和发光材料受到了量子尺寸效应产生的。     

一种增强多孔硅光致发光稳定性的方法

以n型单晶硅为基底材料,采用电化学阳极氧化工艺和光化学氧化后处理工艺制备氧化多孔硅,利用扫描电子显微镜、红外光谱仪、荧光光谱仪研究氧化多孔硅形成前后的表面形态、组成、光致发光、耐碱性的变化.结果表明:光化学氧化后处理使n型多孔硅表面岛状硅柱间沟槽变窄,结构中出现Si―O键(波数1 146 cm-1和1 140 cm-1)、OSi―H键(波数2 254 cm-1)振动峰,在碱性介质中具有一定的耐蚀性;空气中贮存50 d,氧化多孔硅光致发光强度下降缓慢,发光峰位置无明显变化,具有良好的光致发光特性.     

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。     

海藻酸钙／多孔硅复合材料对水中铜离子的吸附性能研究

对比研究了海藻酸钙／多孔硅复合材料和纯多孔硅对铜离子的吸附作用,考察了溶液初始pH、温度、吸附剂加入量和吸附时间等因素对海藻酸钙／多孔硅复合材料吸附铜离子的影响。结果表明：海藻酸钙／多孔硅复合材料在相同铜离子浓度下的吸附性能优于纯多孔硅,其吸附速率也明显大于纯多孔硅。利用SEM、FTIR、BET等方法分别测定了改性前后多孔硅材料的形貌和物理化学性质。利用Langmuir等温吸附式计算出海藻酸钙／多孔硅复合材料在60℃下和pH为5．0时的铜离子最大吸附量为49．02mg／g。