硅多孔层分离后稳定的可见蓝紫光发射特性

多孔硅具有很强的室温发光，介绍了多孔硅在分离多孔层后的发光情况，用传统的电化学法腐蚀样品，待多孔层分离后，通过SEM(表面电子显微镜)和PL(光致发光谱)观察多孔层分离后表面的形貌和光致发光特性，观察到样品有很强的蓝紫发光峰，在高温氧气气氛下退火后，发光强度增加，峰位不变，在大气中保存三个月后，发光峰又有所加强，证明样品具有很好的发光特性；FTIR(红外吸收谱)表明多孔层分离后样品表面主要由Si—O、Si—H键组成；利用量子限域—发光中心模型解释了发光机制，认为蓝紫光来自表面SiOx线中的发光中心。     

硅基低维结构的电子态和光学性质

Canham的文章发表以后，引起了世界范围的研究热潮，目的是实现硅基的集成光电子技术．其中一个主要的研究方向是多孔硅的发光机制．根据各自的实验结果提出了不同的模型：量子限制、表面态复合、硅氧烷及其衍生物、以及声子辅助跃迁等．同时开始了理论计算，方法包括：紧束缚、经验赝势、和基于局域密度泛函的第一原理方法等．大部分理论计算研究的是量子限制对多孔硅和纳米硅晶发光的效应．计算得到的辐射寿命比直接能隙GaAs中激子的长得多，说明量子限制不能完全解释多孔硅的高发光效率．提出了一个经验赝势的同质结模型来计算多孔硅和纳米硅晶的电子结构．多孔硅的波函数用一组体Si波函数展开，它们的波矢满足周期性边界条件．利用简并微扰论计算了S量子线、量子孔、量子阱层和棱柱晶粒的电子态和光跃迁几率(寿命)．用紧束缚集团模型研究了表面键饱和对Si纳米晶体发光的效应．取表面Si原子的悬键与吸附原子之间的相互作用能量Vs为不同的值，代表不同的吸附原子．发现当Vs的绝对值变小时，能隙减小，同时跃迁几率增加约2个数量级．     

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.     

金属掺杂多孔硅薄膜的制备及荧光光谱研究

用电化学方法对多孔硅薄膜进行了金属掺杂.用荧光分光光度计分析了样品的光致发光特性,结果表明,适量的金属掺杂增强了多孔硅的红光发射,氧化性金属掺杂还增强了多孔硅的蓝光发射,还原性金属掺杂却无此现象.红外吸收谱表明,金属掺杂多孔硅后Si—O—Si键振动增强.XRD谱表明,氧化性金属掺杂后多孔硅的无定形程度增强.对分析结果的解释为：红光增强是金属掺杂引入新的缺陷和硅、氧、金属间新的键态Si—Metal,Metal—O,Metal—Metal所致,而蓝光增强是无定形程度增强,应力增大和进一步氧化所致.     

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。     

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.     

氧化多孔硅和纳米硅粒镶嵌氧化硅光致发光机制模型

关于纳米硅／氧化硅系统的光致发光(PL)机制，有很多争议．该系统包括氧化多孔硅(PS)和用化学气相沉积、溅射或硅离子注入氧化硅等方法形成的纳米硅粒(NSP)镶嵌氧化硅．提出二种PL竞争机制：量子限制(QC)过程和量子限制-发光中心(QCLC)过程．两个过程中光激发都发生在NSP中，光发射在QC过程是发生在NSP中，而在QCLC过程是发生在与NSP相邻的氧化硅中的发光中心上．对两种过程的几率大小进行比较．哪一过程对PL起主要作用，取决于俘获截面、发光效率、发光中心密度和NSP的尺寸．对于一个有固定的俘获截面、发光效率和LC密度的纳米硅／氧化硅系统，LC密度越高，NSP尺寸越大，越有利于QCLC过程超过QC过程，反之亦然．对于固定的发光中心参数，NSP尺寸有一个临界值，当NSP的最可几尺寸大于临界值，QCLC2过程主导发光，当NSP的最可几尺寸小于临界值时，QC过程主导发光，当NSP大小接近临界值时，Qc与QCLC都要考虑在内．利用这个模型讨论了一些已报导的纳米硅／氧化硅系统PL的实验结果．     

多孔硅生长的三维Monte Carlo模拟

采用修正的逾渗模型，通过简单的三维Monte Carlo计算，模拟了多孔硅中孔形成的动力学过程。计算结果表明：长成的孔的形貌主要与衬底的掺杂浓度有关；在所有的强发光多孔硅的表面及体内都存在海绵状的多孔结构；孔度的最大值并不是在最外表面，而是在表面下的某个层区上；硅耗尽层的宽度取决于多孔硅的孔度，孔度越高，宽度越小；在高孔度多孔硅中，表面的孔度梯度是很大的，预期此特征正是决定多孔硅发光成功与失效的关键之一。     

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。     

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1mA／cm^2．进行10min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．     

射频等离子体功率参数对硅基发光薄膜生长与结构的影响

采用射频等离子体化学气相沉积(RF-PECVD)技术,以SiH4和Ar的混合气体为源气体,在石英玻璃衬底上制备了硅基发光薄膜.利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)对薄膜的形貌、结构和性能进行了表征,并利用发射光谱(OES)对薄膜等离子体生长过程进行了分析.研究结果表明,随着射频功率的增加,等离子体发射光谱中Hβ谱线强度激增,薄膜的红外光谱中Si—O键在1095cm-1处振动吸收峰强度减小,Si—Si键在613cm-1处特征吸收峰强度增加,说明射频功率增加加剧了硅烷的裂解与氧化硅的还原,提高了薄膜结晶度和纳米晶粒的融合度,并降低了沉积薄膜的表面粗糙度.     

氧分压对Mn-Co-Ni-O纳米结构生长的影响

在脉冲激光沉积（pulsed laser deposition,PLD）法生长氧化物纳米材料的过程中,环境中的氧气对氧化物纳米结构的形成起着至关重要的作用。在溅射了Au纳米层的Si(111)衬底上,采用PLD法在不同氧分压下制备了Mn-Co-Ni-O纳米结构,并用X射线衍射仪（X-ray diffractometer,XRD）和场发射扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）表征了Mn-Co-Ni-O的结构特性和表面形貌。研究发现生长温度为750 ℃的Mn-Co-Ni-O微观结构与氧分压密切相关。在较低的氧分压环境下(1 Pa和5 Pa),Si衬底上生长的Mn-Co-Ni-O纳米锥结构是由Au催化的气–液–固(vapor-liquid-solid,VLS)生长机制控制。当氧分压增加到15 Pa,Mn-Co-Ni-O纳米结构的形态从纳米锥向纳米线转变,该过程是由VLS和气–固(vapor-solid,VS)生长机制共同作用。深入研究Mn-Co-Ni-O纳米结构的生长机制为获得更多的纳米线提供了理论基础。     

Ge纳米结构的制备技术与发光特性研究进展

Si基纳米发光材料与器件的研究是目前半导体光电子技术领域中的一个活跃前沿.除了Si纳米晶粒、Si量子点和Si/SiO2超晶格等Si纳米结构之外,属于同族元素的Ge纳米结构也因其所具有的优异特性,而呈现出良好的发光性能.评述了Ge纳米结构的制备方法与发光特性在近年内取得的研究进展.     

阳极氧化铝模板的结构和性能表征及形成机理

用两步阳极氧化法在0.3 mol.L-1草酸中制备了高度有序、具有纳米级孔洞的阳极氧化铝有序阵列模板.用场发射扫描电镜、X射线衍射及荧光光谱对其进行了结构和性能表征.实验结果表明多孔氧化铝模板的蓝发光带是由氧空位缺陷所引起的.对氧化铝模板的形成机理进行了分析,认为它的形成机理可以通过综合参考溶解模型和机械应力模型加以解释,并且电渗在阳极氧化膜的生长过程中起着重要作用.     

纳米氧化锌薄膜蓝光发射机制的研究进展

氧化锌是一种重要的短波长光电子材料。除了它的紫外发射之外,氧化锌的蓝光发射也同样引起了人们的极大关注。尽管人们已经对ZnO材料的蓝光发射做了比较深入的研究,然而对于它的发射机理目前尚无统一的结论。从理论和实验两方面对氧化锌薄膜的蓝光发射机制进行了综述,重点介绍了由锌填隙、锌空位、氧空位及杂质导致的缺陷发光模型。根据上面的分析及实验研究结果,认为蓝光发射主要与锌间隙和锌空位缺陷有关。     

梯度表面能材料及液滴运动特性实验

采用十二烷基三氯硅烷(C12H25Cl3Si)和辛基三氯硅烷(C8H17Cl3Si),通过化学气相沉积的方法(CVD),在硅基板上制取了具有梯度表面能的材料表面.通过躺滴法,测量了梯度表面能材料水平表面上的微量液滴接触角的分布,并以此表征材料表面能的分布.实验表明:水平放置的梯度表面能材料表面可驱使其上面的直径为1～3 mm的液滴从憎水侧向亲水侧迁移,单个液滴的运动速度最大可达0.9 m/s.在实验观察的基础上,探讨了液滴在具有梯度表面能材料表面运动的机理.     

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.     

多孔硅的荧光及微结构

用扫描隧道显微和光致发光方法，观察了发光多孔硅的微结构形貌。发现多孔硅的光致发光主要源自其最表面层；该层是无定型的，但又不同于一般的非晶硅，而像是由大量纳米尺度的硅原子族组成的海绵状微结构；诸硅原子簇随机分布，相互间没有清晰的界面；没有观察到“线”状或“柱”状的结构；多孔硅的微结构有明显的分形特征，其发光很可能是源自此纳米硅材料中的量子尺寸效应。     

硅基上低维结构的受激发光

用514nm 激光抽运纳晶硅样品时,我们观测到表面上氧化结构在692nm 和 694nm处的尖锐受激发光,其明显的阈值行为证明了它的受激辐射特性.纳晶硅氧化结构通过激光辐照和退火处理来形成.解释这种受激辐射的模型已提出,其中纳晶硅与氧化硅之间的陷阱态起着重要的作用.     

阳极腐蚀条件及单晶硅类型对多孔硅光致发光性能的影响

研究了阳极腐蚀条件及单晶硅的导电类型和掺杂原子浓度等多多孔硅微结构与室温可见区光致发光性能的影响。结果表明,延长腐蚀时间、提高电流密度降低腐蚀液中氢氟酸浓度,都能引起多孔硅发光波长蓝移,发光强度的变化则较复杂;由轻掺杂硅制备的多孔硅不仅发光效率高,而且波长蓝移,硅片导电类型多孔硅发光的影响不显著,这些结果可根据量子限制疚与多孔硅的形成机制来解释。