铁钝化多孔硅的制备及光致发光机理研究

采用水热腐蚀法在相同环境下制备了不同晶型的铁钝化多孔硅样品。同一样品表面具有相似的孔隙结构,不同样品形貌存在差异。在300 nm光激发下,样品发光峰位于618 nm附近,半高宽约为132 nm。傅立叶红外变换光谱显示样品中有强的Si—Si、Si—O—Si、O y—Si—H x化学键振动吸收。结果表明,水热腐蚀法制备的铁钝化多孔硅表面形貌与腐蚀过程的局域电极分布关系密切。样品的光致发光行为可归因于量子限制-发光中心作用,并受非桥氧空穴发光中心数量影响。     

铁钝化多孔硅的制备及光致发光机理研究

采用水热腐蚀法在相同环境下制备了不同晶型的铁钝化多孔硅样品。同一样品表面具有相似的孔隙结构,不同样品形貌存在差异。在300 nm光激发下,样品发光峰位于618 nm附近,半高宽约为132 nm。傅立叶红外变换光谱显示样品中有强的Si-Si、Si-O-Si、O_<em>y-Si-H_x化学键振动吸收。结果表明,水热腐蚀法制备的铁钝化多孔硅表面形貌与腐蚀过程的局域电极分布关系密切。样品的光致发光行为可归因于量子限制-发光中心作用,并受非桥氧空穴发光中心数量影响。     

n型多孔硅光致发光研究

对在无光照条件下,电化学阳极腐蚀方法制备的n型多孔硅进行了光致发光性能研究.在325nm的激发光照射下,多孔硅样品的发光峰在620nm处,其橙红色的发光肉眼可见,并随阳极电流密度与腐蚀时间乘积的增加.先增强,后减弱.其发光峰位置与量子限制效应、表面态及缺陷态有关,发光强度与样品表面深度较浅孔洞所占的面积比成正比.     

非桥氧空穴发光中心对铁钝化多孔硅光致发光的影响

采用水热腐蚀法制备了铁钝化多孔硅样品,样品光致发光谱的荧光峰位于2.0eV附近,半峰宽约为0.40eV。激发波长从240nm增大到440nm的过程中,荧光峰先红移再蓝移,最后基本稳定,变化曲线呈勺型。通过分析15片发光多孔硅样品的统计结果,发现荧光峰逆转所对应的激发波长位于330nm附近,相应的激发光子能量约为3.8eV。样品光致发光谱随激发波长的勺型变化过程与≡Si—O↑和≡Si—O↑…H—O—Si≡两类非桥氧空穴发光中心共同作用时的发光行为一致。     

少子寿命和表面形貌与多孔硅发光性能的关系

研究了不同时间腐蚀的多孔硅的光致发光性能与多孔硅的表面形貌和少子寿命之间的关系。结果表明,多孔硅的发光来自与氧空位有关的缺陷,而多孔硅表面的氢原子能够钝化多孔硅表面的非辐射中心从而提高多孔硅的发光效率。多孔硅的空隙度随腐蚀时间的延长而增大,这也导致了多孔硅的少子寿命的降低,从而造成多孔硅的光致发光效率随多孔硅空隙度的增大以及少子寿命的降低而提高。另外,原子力显微照片表明长时间的腐蚀使多孔硅表面层被化学腐蚀,从而降低了多孔硅表面的粗糙度。     

发光多孔硅表面微结构及其晶格畸变的实验研究

用电化学方法制备了不发光多孔硅和发光多孔硅,用X射线双晶衍射对两类多孔硅表面进行了微结构分析和晶体质量表征,实验表明两类多孔硅的微结构间存在着很大差别。不发光多孔硅表面对X射线的双晶衍射摇摆曲线可解叠成两个峰,它们分别来自样品多孔层和单晶硅衬底,而发光多孔硅对X射线的双晶衍射摇摆曲线呈高斯对称分布,不可解叠。发光多孔硅比不发光多孔硅表面晶体质量差,且电化学腐蚀越严重,表面晶体质量下降也越严重。     

多孔硅量子点中的电子局域态

经过激光辐照和高温退火加工能够生成多孔硅样品,在650—780 nm处检测到很强的光致荧光（PL）峰,并且有明显的钉扎和增强效应.实验表明,这种PL发光的强度与样品受辐照和退火的时间短密切相关.通过第一性原理模拟计算发现,样品表面用SiO 双键和Si—O—Si桥键钝化,能隙中会出现电子局域态.激光辐照和高温退火的时间长短决定了样品表面SiO双键和Si—O—Si桥键的密度,而该密度正是影响多孔硅量子点中电子局域态生成的关键. 关键词： 多孔硅量子点 硅氧钝化键 电子局域态     

锗/多孔硅和锗/氧化硅薄膜光致发光的比较研究

采用磁控溅射技术,以锗为溅射靶,在多孔硅上沉积锗薄膜,沉积时间分别为4,8和12 min,及以锗-二氧化硅复合靶为溅射靶,在n型硅衬底上沉积了含纳米锗颗粒的氧化硅薄膜,锗与总靶的面积比分别为5%,15%,30%.各样品在氮气氛中分别经过300,600及900℃退火30 min.对锗/多孔硅和锗/氧化硅薄膜进行了光致发光谱的对比研究,用红外吸收谱分析了锗/多孔硅的薄膜结构.实验结果显示,锗/多孔硅薄膜的发光峰位于517 nm附近,沉积时间对发光峰的强度有显著影响,锗层越厚峰强越弱.锗/氧化硅薄膜的发光峰位于580 nm附近,锗与总靶的面积比对发光峰的强度影响较大,锗/氧化硅薄膜中的锗含量越高峰强越弱.不同的退火温度对样品的发光峰强及峰位均没有明显影响.可以认为锗/多孔硅的发光峰是由多孔硅与孔间隙中的锗纳米晶粒两者界面的锗相关缺陷引起的,而锗/氧化硅的发光峰来自于二氧化硅的发光中心.     

多孔硅光致发光峰半峰全宽的压缩

硅发光对于在单一硅片上实现光电集成是至关重要的.目前已有的使硅产生发光的方法有:掺杂深能级杂质、掺稀土离子、多孔硅、纳米硅以及Si/SiO₂超晶格.声空化所引发的特殊的物理、化学环境为制备光致发光多孔硅薄膜提供了一条重要的途径.实验表明,声化学处理对于改善多孔硅的微结构,提高发光效率和发光稳定性都是一项非常有效的技术.超声波加强阳极电化学腐蚀制备发光多孔硅薄膜,比目前通用的常规方法制备的样品显示出更优良的性质.这种超声波的化学效应源于声空化,即腐蚀液中气泡的形成、生长和急剧崩溃.在多孔硅的腐蚀过程中,由于超声波的作用增加了孔中氢气泡的逸出比率和塌缩,有利于孔沿垂直方向的腐蚀,使多孔硅光致发光峰的半峰全宽压缩到了3.8nm.     

掺钛化学腐蚀法制备发光稳定的多孔硅

本文采用掺钛化学腐蚀法制备出了发光稳定性和均匀性都较好的多孔硅 (PS)。存放和退火试验表明 ,光致发光 (PL)谱峰位不蓝移 ,强度不衰减。多孔硅发光稳定性的提高归因于制备过程中样品表面原位氧和钛的钝化。钛的浓度和腐蚀时间对PL强度有明显影响 ,最佳钛浓度约为 0 0 8mol·L- 1 ,最佳腐蚀时间约为 2 0min。掺钛化学腐蚀法制备的PS的光激发过程符合量子限域机制 ,而其PL过程却与量子限域模型不符 ,这表明其光发射过程不是带 带直接跃迁产生的 ,即存在一个表面态     

退火氧化生成的硅锗低维结构的光致发光性质

用激光辐照辅助电化学刻蚀的方法加工硅锗薄膜样品,30min后,在样品表面形成了多孔状的结构,该结构在724nm处有很强的光致发光(PL)峰。将该多孔状结构的样品置于高温氧化炉中进行不同时间的退火氧化处理后,发现在不同的退火氧化条件下样品的PL光谱发生了明显的变化。通过分析,作者根据量子受限(QC)和量子限制-发光中心(QCLC)模型,建立了新的量子受限-晶体与氧化物界面态综合模型来解释样品PL发光的变化。     

多孔硅的表面碳膜钝化

报道对多孔硅（ＰＳ）进行碳膜（ＣＦ）钝化处理的结果。红外吸收光谱表明,经钝化处理样品的表面由Ｓｉ－Ｃ、Ｓｉ－Ｎ和Ｓｉ－Ｏ键所覆盖;荧光我谱表明,经钝化处理的样品较未处理的样品发光强度提高４￣４．５倍,且发光峰位明显蓝移;存放实验显示,经钝化处理的样品发光强度稳定、发光峰位不变。这些结果表明正丁胺可以在多孔硅表面形成优良的钝化碳膜,是一种十分有效的多孔硅后处理途径。     

多孔硅的光致发光和红外吸收光谱研究

用电化学腐蚀法制备出多孔硅系列样品.室温下具有明亮可见的光致发光.增大电解电流或延长腐蚀时间,发光光谱明显地“蓝移”;提高样品测量温度,发光光谱也明显地“蓝移”。红外吸收光谱表明多孔硅中除了硅丝骨架以外,还含有H、F及O等元素,随着腐蚀时间的增加,F和O原子的相对含量增加.实验结果表明,多孔硅在可见光区的发光现象是一种量子尺寸效应.     

Er3+、In3+等金属离子对多孔硅光致发光性质的影响

用阳极腐蚀的方法制备了多孔硅样品,用电化学方法在多孔硅中注入Ｅｒ＾３＋、Ｉｎ＾３＋等金属离子,并对注入离子后多孔硅的光致荧光光谱进行了研究,结果表明：注入Ｅｒ＾３＋及Ｉｎ＾３＋后的多孔硅在５８８ｎｍ处的妇光峰强度大大增加,同时发光峰稍有展宽。随着离子注入时间的增长,强度继续增加,但当离子溶液浓度一定时,这种增强对时间具有饱和性。     

蓝光发射多孔硅RTO过程中的尺寸分离效应

对用水热腐蚀技术制备的、具有蓝光发射的多孔硅样品在快速热氧化(RTO)处理前后其光致发光谱、硅纳米颗粒的大小及尺寸分布变化进行了研究.实验发现,新鲜多孔硅样品经过RTO处理后,其光致发光谱整体蓝移并由单发光峰分裂为两个发光峰;与此对应,样品中的硅纳米颗粒在整体减小的同时出现尺寸分离现象.这一结果表明,多孔硅中的短波长发射也具有强烈的尺寸相关性. 关键词：     

稀土掺杂硅基薄膜的高效发光特性

测量了在不同离子注入剂量,不同退火条件下的Nd注入Si基晶片室温光致发光谱,结果表明它们均具有蓝、紫发光峰,且发光稳定。在一定范围内发光效率随掺杂浓度的增加而增大,随退火条件的不同而改变。在实验室条件下,对掺杂硅片和单晶硅片进行电化学腐蚀制成多孔硅样片,同时用适当配比的HNO3对以单晶硅为基底的多孔硅进行处理,测试了腐蚀后各类样品的光致发光（PL）谱。发现掺稀土Nd的多孔硅和用HNO3处理的多孔硅的发光效率有显著提高。     

表面活性剂修饰多孔硅的光致发光光谱

分别利用4种不同的表面活性剂对多孔硅进行表面修饰,结果表明油酸钠溶液、CPB溶液和乳化剂OP溶液修饰的多孔硅样品发光减弱,SDS溶液修饰的多孔硅样品发光增强,不同浓度的SDS溶液的增强倍数也不同。这种现象不仅可以为研究多孔硅的发光机制提供新的依据,还为提高多孔硅的发光效率提供了一个新的有效途径。     

氢等离子体气氛中退火多孔硅的表面和光荧光特性

用电化学腐蚀法制备了多孔硅(PS),在氢等离子体气氛中不同温度下对多孔硅样品进行了退火处理,并进行了光致发光(PL)谱和原子力显微镜(AFM)表面形貌的测量。不同退火温度给PS表面形态带来较大变化,也影响了其PL谱特性。在退火的样品中观察到的PL谱高效蓝光和紫光谱带,我们认为主要源于量子限制发光峰和非平衡载流子被带隙中浅杂质能级所俘获而引起的辐射复合所产生的。在420—450℃退火处理的多孔硅的PL谱上观察到了一个未见诸于报道的紫光新谱带(3．24eV,382nm),其发光机理有待于进一步研究。     

多孔硅紫外发光性质的研究

采用水热刻蚀技术制备多孔硅粉末。紫外激光244 nm激发时,多孔硅呈现出310 nm的强紫外发光。随着研磨时间的延长,多孔硅结构消失,紫外发光带也随之消失。氧气热处理后,多孔硅表面被氧化生成氧化硅薄层,同样造成紫外发光带的消失。我们认为310 nm紫外发光来源于硅纳米结构中电子和空穴的直接禁带结构辐射复合。     

多孔硅的微结构与发光特性研究

利用原子力显微镜（AFM）和光致荧光（PL）光谱对一系列直流腐蚀和脉冲腐蚀的多孔硅的微结构及发光特性进行了对比研究．表面和侧面的AFM结果表明，多孔硅表面呈“小山”状，有许多小的、突出的硅颗粒．在相同的腐蚀条件（等效）下，脉冲腐蚀的样品表面Si颗粒更加尖锐、突出，侧面的线状结构更明显，多孔硅层更厚．对应的PL谱，脉冲腐蚀的样品发光更强．量子限制效应的理论可以比较成功地解释这个结果 关键词：