氧化锌/硅纳米孔柱阵列的结构和光致发光特性研究

以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底、用化学气相沉积法制备了具有规则阵列结构特征的ZnO/Si-NPA纳米复合体系，并对其结构和光致发光性质进行了表征. 实验结果显示，组成ZnO/Si-NPA表面阵列的每个柱子均呈现层壳结构. 不同于衬底Si-NPA的红光和蓝光发射，ZnO/Si-NPA在紫外光区和蓝绿光区呈现出两个强的宽发光峰. 分析表明，紫外光发射应归因于ZnO晶体的带边激子跃迁；而蓝绿光发射则来自于ZnO晶体本征缺陷所形成的两类深能级复合中心上载流子的辐射跃迁.     

硅纳米孔柱阵列的结构和光学特性研究

采用水热腐蚀技术在单晶硅衬底上制备出一种新的硅微米／纳米结构复合体系——硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)，并对其表面形貌、结构及光学特性进行研究.Si-NPA的结构复合性体现为 在微米和纳米两个尺度上形成了三个分明的结构层次，即微米尺度的硅柱阵列结构、硅柱上 的纳米多孔结构以及组成孔壁的硅纳米晶粒.积分光反射谱和荧光光谱测试表明，Si-NPA具 有良好的光吸收和光致发光特性.依据Si－NPA积分反射谱的实验数据，采用Kramers-Kronig 变换关系计算得到了Si-NPA的复折射率和复介电函数、吸收系数等光学常数，并由此讨论了 Si-NPA相对于单晶硅的光学特性发生显著变化的原因.最后，通过分析Si-NPA的光吸收系数 与入射光子能量之间的关系，揭示出Si-NPA具有直接带隙半导体的电子结构特征，而且理论 计算得到的Si-NPA的带隙能与其光致发光谱的峰位能很好符合. 关键词： 硅纳米孔柱阵列 光学特性 电子结构 水热腐蚀     

Preparation, structural and electrical properties of zinc oxide grown on silicon nanoporous pillar array

Polycrystalline thick film of zinc oxide (ZnO) is grown on a unique silicon substrate with a hierarchical structure, silicon nanoporous pillar array (Si-NPA), by using a vapour phase transport method. It is found that as-grown ZnO film is composed of closely packed ZnO crystallites with an average size of $\sim$10\,\mu$m. The film resistivity of ZnO/Si-NPA is measured to be $\sim$8.9\Omega\cdot$\,cm by the standard four probe method. The lengthwise $I$-$V$ curve of ZnO/Si-NPA heterostructure is measured. Theoretical analysis shows that the carrier transport across ZnO/Si-NPA heterojunction is dominated by two mechanisms, i.e. a thermionic process at high voltages and a quantum tunnelling process at low voltages.