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。     

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.     

激光作用生成的纳晶硅与氧化硅界面态发光模型

我们结合量子受限效应,提出纳硅晶与氧化硅界面态发光模型来解释激光作用生成的纳米网孔壁结构的强荧光效应.将功率为50W、波长为1 064nm的YAG激光束(束斑直径0.05mm)照射在硅样品表面打出小孔,在孔内的侧壁上,有很特殊的网孔形结构,其中的网孔壁厚为纳米尺度,这里有很强的受激荧光发光效应,发光峰中心约在700nm处.我们将激光与硅样品的作用隔离于无氧化的环境里,分别比较了将硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中的激光加工结果,其发光情况证实了该发光模型的真实性.优化激光加工的条件,我们获得了较强发光的样品.     

Ag纳米粒子增强CdS白光量子点器件的研制

在十八烯体系中合成Cd S量子点,用光诱导法制备银纳米粒子,并将两者复合,制备成4种复合样品,分析复合样品的荧光谱,在银纳米颗粒的表面等离子体共振峰分别对应于富含缺陷的硫化镉量子点的带边荧光峰和表面态荧光峰时,发生了带边荧光淬灭而表面态荧光增强的现象.结果表明,通过控制金属和量子点之间的距离,能够控制带边荧光辐射和缺陷带荧光辐射的比例,从而控制白光量子点的色温.采用395 nm紫光LED作为激发光源,将涂有荧光样品的玻片与激发光源组装成银纳米颗粒/量子点复合结构白光照明器件原型,银纳米粒子能够改变Cd S量子点样品发光颜色,荧光效应的增强程度随着量子点样品的厚度减小而加强.该研究为认识荧光物质和金属之间的相互作用提供了新途径,同时探讨了该器件在变色发光材料方向的应用前景.     

激光作用生成的网孔硅结构

作者结合量子受限效应,提出纳硅晶与氧化硅界面态发光模型来解释激光作用生成的纳米网孔壁结构的强荧光效应。将功率为50W、波长为1064nm的YAG激光束(束斑直径0.05mm)照射在硅样品表面打出小孔,在孔内的侧壁上,有很特殊的网孔形结构,其中的网孔壁厚为纳米尺度,这里有很强的受激荧光发光效应,发光峰中心约在700nm处。我们将激光与硅样品的作用隔离于无氧化的环境里,分别比较了将硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中的激光加工结果,其发光情况证实了该发光模型的真实性。优化激光加工的条件,我们获得了较强发光的样品。     

含纳米硅粒SiO2薄膜的光致发光

采用RF磁控溅射技术制备含纳米硅的SiO2薄膜.通过对Si-SiO2复合靶的比分进行调节控制,并在不同的温度下进行高温退火得到不同粒径的纳米硅.利用XRD对样品进行分析得出纳米硅的平均粒径;对样品测量光致发光谱,其发光峰分别位于361 nm和430 nm,比较发现光致发光的峰位随比分的改变有微小的蓝移.文中对发光机理进行初步讨论.     

脉冲激光作用于硅的受激发光特性

用脉冲激光作用在硅基上产生表面等离子体波,在氧气和空气氛围中加工生成硅氧化量子点结构,有很强的光致荧光(PL)发光,发光效率可达20%;经高温快速退火处理后,在700 nm波长邻域观察到受激发光峰,检测到明显的光学增益和阈值行为,其受激发光峰最窄的半高宽可达0.5 nm。通过第一性原理模拟计算,发现硅氧化量子点结构表面钝化成键的类型与密度是形成受激发光的关键,并由此提出相应的物理模型。     

激光辐照单晶硅样品的研究

将功率为30W、波长为1064nm的YAG激光束(束斑直径0.045mm)照射在硅样品表面打出小孔,在孔内的侧壁上有很特殊的网孔状结构,其中的网孔壁厚为纳米尺度,解释孔侧壁网孔状结构的机理.孔侧壁上的网孔状结构有很强的受激荧光发光效应,发光峰中心约在700nm处.当样品在加工和检查过程中保持脱氧状态时,其样品几乎没有发光,证实了氧在PL发光增强上起着重要作用.我们用量子受限及其纳晶与氧化硅界面态复合的综合模型来解释其光致发光的增强机理     

多孔硅发光性能研究

研究多孔硅的发光有重要意义.我们研究了湿法腐蚀多孔硅、铁掺杂多孔硅、乙醇中的多孔硅颗粒的发光.湿法腐蚀制备多孔硅,腐蚀速度不均匀,发光随腐蚀时间没有规律,不好把握过程,虽可以得到不同波段发光,但很难通过严格控制湿法腐蚀的条件来得到想要的发光.稀土有自己的能级,稀土掺杂对多孔硅发光是有影响的,铁不像稀土有自己的能级,我们发现铁掺杂对多孔硅发光没有明显影响.将多孔硅的纳米颗粒置于乙醇中,与薄膜时相比,未发现其发光峰形有明显改变.     

激光作用于单晶硅样品后的强荧光效应

将功率为75W、波长为1064nm的YAG激光束照射在单晶硅样品上,形成的孔状结构有很特殊的表面形貌.特别是在孔内的侧壁上,有很特殊的网孔形结构,这里有很强的受激荧光发光效应,光致荧光谱峰在710nm处.本文中介绍了单纯激光加工生成多孔硅和纳晶硅样品的方法,观察和分析了样品中的低维纳米结构、氧化分布及其发光特性,特别注意到样品孔洞中的侧壁上的网孔形结构的强荧光效应.我们用量子受限效应结合硅晶与氧化硅界面态复合的综合模型来解释其光致发光的增强机理.     

空心CdS纳米晶的合成及发光性能研究

以氯化镉和硫化钠为原料,在水相体系中合成CdS纳米晶,通过透射电子显微镜观察发现,在100℃下合成的CdS纳米晶具有空心结构,粒径为20～30nm,且壁厚均匀,约为3～5nm;在70℃下合成的CdS纳米晶为实心结构,粒径约为20nm,存在较严重的团聚现象.紫外-可见吸收光谱表明：空心CdS纳米晶的吸收波长与实心CdS纳米晶相比蓝移136.74nm,这表明其禁带宽度增大0.11eV.光致发光光谱表明：空心CdS纳米晶的表面缺陷态发射较实心CdS纳米晶有所增强,这是其存在内表面的结果.     

多孔硅激光

我们用波长为1064nm的纳秒脉冲激光在硅表面打出小孔结构,然后再做高温退火处理形成了硅的纳米氧化低维结构.在514nm激光泵浦下,发现该结构在700nm和750nm处有很强的受激辐射发光(PL).实验中发现:该PL发光有明显的阈值表现和激光增强效应,证明该PL发光确实是光致受激发射.计算給出氧化界面态模型来解释该光致受激发光机理,其中Si=O和Si-O-S的键合可以产生氧化陷阱态,关键在于该氧化陷阱态与价带顶空穴态之间能够形成粒子数反转.为硅基上激光器件的光电子集成研发开辟了新的途经.     

纳秒脉冲激光制备的纳米硅光致发光研究

在氧气、空气或氮气环境中,用脉冲激光辐照加工出的纳米硅有较强的PL发光,将这些PL光谱进行高斯去卷积处理,可以得到不同的子峰,这是因为在氧气、空气或氮气中加工出的纳米硅能带带隙中有与氧和氮有关的局域态。结合 计算结果,在纳米硅中Si=0双键和si—N键等可引入的局域态对PL发光有贡献。     

沉积温度对PECVD 法制备SiNx 薄膜光致发光峰的影响

SiNx薄膜已经被广泛地应用于晶体硅太阳能电池表面作为减反和钝化膜,所以对SiNx薄膜的光学性质研究很有必要。本文采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在p型单晶硅(111)衬底上成功地制备了不同温度条件下的SiNx薄膜。室温下,在352 nm光源激发下,每个样品有2个发光位置,所有样品总共观测到了4处不同的发光峰位:390、471、545、570 nm,并且发现温度对390 nm处的发光峰位置无影响。由于杂质的引入在带间形成了局域化的缺陷能级,缺陷态能级和导带以及价带之间的跃迁是其主要的跃迁机制。因此,可以通过控制薄膜的生长条件来控制各个缺陷态密度,从而可以实现氮化硅薄膜在可见光范围内的可控发光。     

退火对硅锗薄膜上低维结构的PL光谱的影响

采用激光辐照的方法在硅锗薄膜样品表面生成微米级小孔,用高精度扫描电镜观察孔内结构,发现片状的纳米结构. 用荧光光谱仪测其光致荧光谱,在705 nm处出现较强的光致荧光谱（PL）. 对片状结构在800 ℃下进行退火20 min后,其PL光谱明显蓝移至575 nm. 退火40 min后,在725 nm处有较宽的PL光谱,同时,在606 nm处有一尖锐的PL光谱. 利用量子受限和纳晶与氧化物的界面态综合模型解释PL光谱的产生.     

石墨电极制备多孔硅的蓝光发射研究

采用自制的双电解槽、高纯石墨电极,在一定浓度的氢氟酸乙醇溶液中阳极氧化腐蚀硅片制备一定孔隙度的多孔硅．利用荧光分析仪（激发波长250nm）分析了样品的光学特性,在470nm处观测到明显的蓝光发射峰．改变阳极腐蚀电流密度和腐蚀时间,研究腐蚀参数对光学特性的影响,结果表明：改变阳极电流密度和腐蚀时间不能引起470nm处峰位的蓝移或者红移;随着电流密度的增强,波长470nm峰值和半宽积分值先增大后减小;延长腐蚀时间,峰值和半宽积分值不断变大．同时,对实验现象进行了初步的理论解释．     

Ni增强Er在富硅氮化硅薄膜中的光致发光

采用反应磁控溅射技术沉积了掺Er的富硅氮化硅(SRN:Er)薄膜和SRN:Er/Ni3个周期的超晶格,两种薄膜都在1100℃进行退火实验。SRN:Er薄膜的光致发光谱为一个峰位在665～750nm的发光带和一个峰位在1.54μm的发光带,前者来源于SRN薄膜中的纳米硅,后者为Er3+的特征发射。SRN:Er/Ni超晶格的光致发光谱上出现Er3+在520,550和850nm附近的精细结构,并且Er3+在1.54μm的发光有12倍的增强。光谱精细结构的出现证明Er3+的微观环境由于掺Ni而变得有序。与在SRN中相比,在这种有序环境中Er3+的光学活性有明显的增强。拉曼散射光谱测量证明在SRN:Er/Ni超晶格中纳米硅的数目比在SRN:Er薄膜中有一定的增加。因而,Er3+1.54μm发光12倍的增强是Er3+本身光学活性的增强和纳米硅数目的增加共同作用的结果。     

Mo掺杂SnO2纳米晶的制备及光致发光性质

用四氯化锡和钼酸铵为原料,经水解、分离、焙烧等工序制备出Mo掺杂SnO2纳米晶的光电材料。通过X射线粉末衍射、透射电镜表征,结果显示:尺寸为2.5 nm左右的SnO2纳米粒子形成。荧光测试结果表明,以220 nm波长进行激发,其发射波长为463、490和537 nm,均在可见光范围内。