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.     

纳晶硅氧化层中陷阱态的发光模型

纳晶硅氧化以后的PL发光带中心明显地钉扎在690nm～750nm波长之间，发光强度有显著的增加。我们通过研究纳晶硅氧化后化学键结构的改变和对应能带结构的变化，表明在较小尺寸纳晶硅的氧化过程中，有Si-O-Si桥键和Si=O双键的形成，产生对应的电子陷阱态出现在带隙中。PL发光的增强和中心波长的钉扎效应可以用纳晶硅中的量子受限理论和带隙中的陷阱态模型来解释。其中，陷阱态的位置低于量子受限激发态的位置是PL发光出现钉扎与增强效应的必要条件。     

纳秒激光加工生成硅量子点的发光性质研究

该文报道氧气、氮气或空气等不同氛围中用纳秒脉冲激光在硅基上加工生成量子点结构,发现这些样品在700 nm波长附近均有增强的光致发光(Photoluminescence,PL),且各样品的PL峰很相似;经适当退火处理后,在某些样品上观察到随机受激发光.通过第一性原理计算,发现各种量子点结构表面的成键类型与密度是形成PL发光增强的关键,并由此提出相应的物理模型.     

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。     

光子作用所形成的硅锗合金的多孔结构及其发光特性

将功率为75W、波长为1 064nm的YAG激光的散焦束斑辐照在SiGe合金表面上能够形成多孔硅锗结构,其硅纳晶和锗纳晶的尺寸和形貌有自身的特点.用514nm激光激发,在600nm到900nm波长范围有较强的光致荧光.与化学刻蚀方式生成的多孔硅锗样品相比较,其荧光发光的频谱分布较复杂.当激光辐照到锗纳晶颗粒较多的地方,荧光发光谱分布延伸至红外区域.文中分析了发光的机理,检测出光致荧光的增强与氧化硅表面无关,主要来自硅纳晶和锗纳晶的表面态.指出了激光辐照方式加工样品的优点.     

多孔硅的电迁移

研究了多孔硅在甲苯中组成的悬浮体系的电迁移特性。电阻率为80～100Ωcm的n型(111)抛光片，氢氟酸溶液中电化学阳极刻蚀成多孔硅再经过超声振荡得到多孔硅，甲苯悬浮体系．以新抛光铝为负极，在外加电场作用下，多孔硅向p^ -Si、ITD导电璃、Pt、Al、Ag等正极迁移并沉积在这些正极表面构成多孔硅薄膜。考察了不同的电沉积参数，例如电场强度、沉积时间对多孔硅薄膜光致荧光强度的影响．采用UFV-vis光谱、XPS、SBM的方法对悬浮体系以及沉积膜进行了分析。     

离子辐照与发光多孔硅

报道了离子辐射损伤地多孔硅的形成及其发光性质的影响，硅自注入后电化学腐蚀形成多孔硅，注入剂量增加，光荧光谱强度减弱，谱峰红移，半高宽减小，如果样品被非晶化将不发光，因此，为离子注入控制多孔硅发光图形的形成提供了物理依据，制成的图形分辨率达２μｍ。     

发光多孔硅研究进展

发光多孔硅研究进展ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｉｎＰｏｒｏｕｓＳｉｌｉｃｏｎ￥／／秦国刚（北京大学物理系，教授北京１００８７１）硅是最重要的半导体材料，它在微电子领域有十分重要而广泛的应用。室温下硅的禁带宽度为１．...     

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。     

电化学脉冲腐蚀制备均匀发光多孔硅

采用脉冲腐蚀和直流电化学腐蚀两种方法制备多孔硅,对这两种方法制备的多孔硅样品进行了扫描电镜和荧光光谱测量,发现脉冲腐蚀制备的多孔硅样品比直流腐蚀制备的多孔硅样品表面均匀、硅丝或者硅柱的尺寸较小、发光强度大,而且发光峰位有明显.的蓝移现象.同时我们还发现多孔硅样品的尺寸越小其能带越宽,由此得出多孔硅样品的发光现象符合量子限域解释的多孔硅的发光机制.     

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．     

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。     

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.     

发光多孔硅的制备条件研究

用电化学方法制备了发光多孔硅,研究了电流密度,电阻率,退火条件对多孔硅发光的影响,并对发光机理做了相应的分析;发现了制备方法更为简便的镍酸镧电极取代铝电极工艺。     

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.