Nanometer-sized Silicon Particles Prepared by Laser Vaporization and Their Photoluminescence

Nanometer-sized silicon particles were prepared by laser vaporization of a silicon target in pure argon ambient at a reduced pressure. The shape and size of the nanoparticles were characterized by transmission electron microscopy. The as prepared nanometer silicon particles exhibit visible luminescence under light excitation and the activated light emissions are found to show a strong dependence on temperature.     

纳米级金刚石超微细粉的性能参数分析

本文对用爆炸法合成的两批纳米级金刚石超细粉进行了初步研究,ＸＲＤ表明样品Ⅰ和样品Ⅱ是立方相金刚石晶体结构,粒径平均为～４０;ＦＴＩＲ光谱显示样品Ⅰ中含有较多的石英杂质;测量了纳米级金刚石超细粉的拉曼光谱,对其不同于大块金刚石拉曼峰的现象,用量子限制效应模型作出解释。     

Synthesis of Nanometer Glass and Crystal Particles by Excimer Laser Ablation

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平面偏振光激励的多孔硅的光致发光

研究了以掠入射的平面偏振光激励的多孔硅的光致发光。实验结果显示，光的入射角对多孔硅的发光行为影响不大，然而，以ｚ方向偏振光激励的发光强度明显高于以ｘ方向偏振光激励的发光强度。激励光电场相对于样品表面的不同取向引起光致发光的差异，这反映多孔硅的光学性质是各向异性的，也排除了纯粹的硅量子点的集合作为多孔结构的可能性。     

纳米硅薄膜/多孔氧化铝复合体系光致发光的温度特性

利用高真空电子束蒸发方法在多孔氧化铝衬底上生长了纳米硅薄膜,经过650℃高温真空退火后,在10～300K温度范围内观测样品的荧光光谱特性,并对样品进行了场扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外吸收(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)谱的分析。PL谱结果表明,随着温度的升高,样品的发光峰位一般发生红移,但在50～80K范围内却出现了反常的蓝移现象;样品的发光强度基本是按逐渐减小趋势变化的。在60～80K之间,发光强度有少许变强。讨论了纳米硅薄膜的光致发光机理,用量子限制-发光中心模型对实验现象进行了解释。     

多孔硅的光致发光机制

人们已经提出了许多解释多孔硅发光的理论模型,每个模型都可以针对某些实验现象做出合理的解释,而对其他的实验结果就可能无法解释甚至相悖,因此多孔硅的发光机制至今仍是需要进一步研究和解决的问题。通过改变阳极氧化的条件,制得了一系列样品,其光致发光谱主要有四个峰。随着制备条件的改变,各个峰位的变化不大,但峰值强度比的变化比较大。随着自然氧化时间的延长,各个峰位的变化很小,有红移也有蓝移,有的则基本不变;而峰值强度的减弱幅度较大,但对应于各个峰位幅度的减弱是均衡的。分析实验现象产生的原因,认为多孔硅的发光是多种发光机制共同作用的结果;多孔硅纳米量子线的一定尺寸分布,不仅使光致发光谱存在一定的带宽,而且也是产生多峰现象的原因之一;多孔硅的结构特征对其发光特性起着决定性的作用。     

多孔硅的分形结构及其荧光特性

用扫描电子显微镜(SEM)对多孔硅的结构进行了分析.结果显示多孔硅具有分形特性,同计算机模拟结果一致;用荧光光谱仪,研究了多孔硅的荧光特性与激发波长的依赖关系.激发光谱测量结果发现,当激发波长从650 nm变到340 nm时,荧光谱峰位从红端780 nm连续蓝移到500 nm.综合分析说明：正是由于多孔硅的分形微结构以及量子限制效应,导致了多孔硅的荧光特性随激发波长改变的物理现象.     

Blue Photoluminescence of Oxidized Films of Porous Silicon

It is found that the films of n ⁺-type porous silicon of low (10–50%) porosity exhibit photoluminescence in the region 400–500 nm after a 5-month storage in an air atmosphere. The spectrum of blue photoluminescence of the least porous but strongly oxidized films has maxima at 417, 435, and 465 nm. The same spectrum structure manifests itself upon the introduction of an Er³⁺- and Yb³⁺-containing complex. The mechanisms of blue photoluminesence are discussed.     

多孔硅纵向分辨拉曼及光致发光研究

运用高灵敏度的共焦显微拉曼系统研究了多孔硅在纵向的拉曼效应和光致发光的性质。研究结果表明多孔硅在形成的初期和后期的反应机制不相同。反应初期,外表面的颗粒尺寸比内表面的大,而经过长时间刻蚀而获得的多孔硅,其外表面颗粒尺寸比内表面的小。我们认为反应的初期主要受表面不均匀电场的影响,而随着表面多孔层的增厚和颗粒的细化,刻蚀反应逐渐变成受传质过程和量子尺寸约束的控制。     

多孔硅的不同制备方法及其光致发光

目前，多孔硅的制备方法已有许多种。我们用电化学方法、光化学方法和化学方法分别制备出了室温下在可见光区发射光荧光的多孔硅。通过对实验装置、制备条件、样品的成膜过程及其光致发光(PL)光谱的比较，分析解释了其成膜机理和PL光谱的特点。认为虽然这三种方法都可以制备出多孔硅，但相比较而言，通过电化学方法制备的样品最均匀、实验的可重复性较强、因而电化学方法是被普遍采用的一种方法。另外在多孔硅的成膜过程中，自由载流子起着至关重要的作用。     

铜掺杂多孔硅的光致荧光猝灭

采用浸泡镀敷的方法在多孔硅表面形成了一铜镀层,通过对掺铜前后多孔硅的光致发光(PL)谱和傅里叶变换红外(FTIR)吸收光谱的研究,讨论了铜在多孔硅表面的吸附对其光致发光的影响。实验表明,掺铜对多孔硅的光致发光具有明显的猝灭效应,并使多孔硅的发光峰位蓝移。由于多孔硅表面铜的吸附使硅-氢键明显减少,而铜原子和硅的悬挂键成键会形成新的非辐射复合中心,从而使多孔硅的光致发光强度衰减。且浸泡溶液的浓度越高,这种猝灭效应越明显。而多孔硅发光峰位的蓝移,则是由于在发生金属淀积的同时伴随着多孔硅表面Si的氧化过程(纳米Si氧化为SiO2)的缘故。     

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。     

Synthesis and photoluminescence studies of silicon nanoparticles embedded in silicon compound films

High-density silicon nanoparticles with well-controlled sizes were grown onto cold substrates in amorphous SiN _x and SiC matrices by plasma-enhanced chemical vapor deposition. Strong, tunable photoluminescence across the whole visible light range has been measured at room temperature from such samples without invoking any post-treatment, and the spectral features can find a qualitative explanation in the framework of quantum confinement effect. Moreover, the decay time was for the first time brought down to within one nanosecond. These excellent features make the silicon nanostructures discussed here very promising candidates for light-emitting units in photonic and optoelectronic applications.      

纳米硅粒子的表面氧化及其光致发光特性

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术制备了纳米晶硅粒子,并对其溶液发光的稳态和瞬态特性进行了研究.稳态光致发光结果显示,新制备的纳米硅粉体表现为峰值位于440 nm附近的蓝色发光,经长时间氧化后,该波段发光强度显著增强,并且出现另一峰值位于750 nm附近的红色发光带.不同波长激发和时间分辨光致发光谱的分析表明,纳米硅...     

多孔硅的制备条件对其光致发光特性的影响

不同的实验条件下制备的多孔硅的光致发光(PL)特性是不同的,这是许多研究产生分歧的主要原因。对比分析了阳极氧化电流密度、阳极氧化时间、溶液浓度以及自然氧化时间对多孔硅光致发光光谱的影响。认为在一定的范围内,多孔硅的发光峰位会随电流密度的增大而蓝移,要获得较强的发光,需要选择合适的电流密度;随着腐蚀时间的延长,多孔硅的发光峰位也发生蓝移。当HF酸的浓度较小时,峰位随浓度的增大表现为向低能移动;而当HF酸的浓度较大时,峰位随浓度的增大则表现为移向高能。多孔硅在空气中自然氧化,其发光峰位发生蓝移,而发射强度随放置时间的延长而降低。并用量子限制模型和发光中心模型对实验结果进行解释。     

退火温度对富硅氮化硅薄膜发光特性和结构的影响

采用直流等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在(100)单晶硅片表面生长富硅氮化硅薄膜,研究了不同的退火温度对氮化硅薄膜发光性质和结构的影响。研究发现,随着退火温度的升高,氮化硅薄膜的发光强度逐渐减弱,发光是由缺陷能级引起的,在900 ℃时荧光基本消失。XPS测试表明,在N₂氛围900 ℃下退火,氮化硅薄膜中未有硅相析出,故未表现出硅量子点的发光。FTIR测试也为PL结论提供了一定的证据。     

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.     

金－多孔硅光致发光和红外光谱研究

报道了金－多孔硅的稳态光致发光，瞬态光致发光和傅里叶变换红外光谱的研究，讨论了金在多孔硅表面吸附产生的表面电子态对多孔硅光致发光特性的影响。     

硅基纳米波导交叉相位调制不稳定性分析

在考虑线性损耗的情况下,对硅基纳米波导中皮秒脉冲传输交叉相位调制不稳定性进行了仿真研究。采用微扰和线性稳定性分析方法,理论推导了调制不稳定性产生所满足的色散关系和调制不稳定性增益谱表达式。分析了脉冲光功率、线性损耗和群速度色散系数等参量对交叉相位调制不稳定性的影响,并进行了仿真分析。结果表明,即使在微弱的入射光功率下,仍然存在强烈的交叉相位调制不稳定性现象;交叉相位调制不稳定性不仅可以在反常色散区出现,而且在正常色散区也会发生。波导的线性损耗对交叉相位调制不稳定性增益谱有明显影响。     

Optimum Quantum Yield of the Light Emission from 2 to 10 nm Hydrosilylated Silicon Quantum Dots

Optimizing the light‐emitting efficiency of silicon quantum dots (Si QDs) has been recently intensified by the demand of the practical use of Si QDs in a variety of fields such as optoelectronics, photovoltaics, and bioimaging. It is imperative that an understanding of the optimum light‐emitting efficiency of Si QDs should be obtained to guide the design of the synthesis and processing of Si QDs. Here an investigation is presented on the characteristics of the photoluminescence (PL) from hydrosilylated Si QDs in a rather broad size region (≈2–10 nm), which enables an effective mass approximation model to be developed, which can very well describe the dependence of the PL energy on the QD size for Si QDs in the whole quantum‐confinement regime, and demonstrates that an optimum PL quantum yield (QY) appears at a specific QD size for Si QDs. The optimum PL QY results from the interplay between quantum‐confinement effect and surface effect. The current work has important implications for the surface engineering of Si QDs. To optimize the light‐emission efficiency of Si QDs, the surface of Si QDs must be engineered to minimize the formation of defects such as dangling bonds at the QD surface and build an energy barrier that can effectively prevent carriers in Si QDs from tunneling out.