多孔硅荧光皮秒衰减测量与发光机理分析

荧光光谱、荧光皮秒衰减和红外光谱测量表明,自然氧化多孔硅中有两种不同的发光机理并存,一种是由量子限制效应所决定的,另一种是由氧化引入的发光机理。 关键词：     

硅基发光材料研究进展

微电子技术是高技术中的关键技术，硅是微电子技术的基础材料，但是硅是一种非发光材料，为了发展光电集成技术，必须大力发展硅基发光材料，多孔硅是一种有希望的硅基发光材料，它表明纳米晶粒中的量子限制效应对光发射是极有效的，随之涌现出一系列量子限制硅基发光材料，为发展光电子集成提供了新的途径。     

多孔硅发光与量子尺寸效应的实验研究

利用电化学阳极腐蚀的方法制备了多孔硅膜,实验发现多孔硅膜为多层结构,表面层为纳米结构,其余为微米结构,多孔硅的物理及化学结构的研究表明多孔硅是一种表面上含硅、氧、氢、氟元素组成的化合物包覆着的纳米晶硅粒和微米硅丝.多孔硅的发光主要来自表面纳米结构层,亚微米结构层并未见发光,从实验上证实了多孔硅的发光与量子尺寸效应紧密关联.     

基于三层模型的多孔硅发光谱双峰结构的研究

基于Litovchenko提出的多孔硅三层模型和在此基础上由Li等人提出的多孔硅三层发光模型,利用半导体异质结理论导出了多孔硅芯部与夹层中载流子浓度、非平衡载流子数目、扩散电流密度、夹层与芯部发光强度的比值等关系式.结果表明:当Egint＞Egcore时,在0.2 eV＜ΔEv+ΔEc＜0.26 eV范围内发光谱将出现双峰,并在ΔEv+ΔEc＞0区域发光峰位不断向高能移动,发生蓝移现象;当Egint＜Egcore时,尽管芯部由于量子限制效应仍将导致发光峰蓝移,但芯部的发光相对夹层的发光相当弱,这时多孔硅发光谱呈现单峰.此模型定量地解释了多孔硅发光峰的蓝移起源于多孔硅量子限制效应,而发光出现发光双峰和发光峰位钉扎是由夹层物质决定,说明了多孔硅的发光存在多种发光机制.     

多孔硅光致发光的非线性光学特性

采用电化学腐蚀法制备多孔硅（ＰＳ）,测量了多孔硅在近红外光（８００ｎｍ）激光下的光致发光（ＰＬ）谱和光致发光激光（ＰＬＥ）谱;结果表明多孔硅具有良好的上转换荧光特性光学特性并存存放时间 长,在一定期内峰值强度有明显的增。这种非线性光学响应的增强,被认为与空间量子限制效应作用下局域束缚关,光致发光谱的多峰结构表明多孔硅中存在多种发光中心。用量子限制／发光中心模型可以解释本实验结果。     

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.     

多孔硅在30~180℃温区光致发光谱的研究

对长期存放在空气中的多孔硅样品和即时制备的多孔硅样品分别在室温~180℃下进行了光致发光（PL）温度效应的研究.两类样品的PL呈现不同的变化规律.前者的PL还表现为双峰,且长波PL峰随温度升高蓝移;后者的PL表现为单峰,且PL峰位随温度升高红移.基于量子限制效应对后者进行了解释;而前者难以用分立的量子限制和表面发光中心模型来解释,实验结果表明两种机制之间可能有较复杂的耦合效应发生.     

多孔硅蓝光发射与发光机制

在制备出光致发光能量为２．７ｅＶ的发射蓝光多孔硅的基础上对它进行了较系统的研究：测量了它的光致发光时间分辨光谱，用傅里叶交换红外光谱分析了其表面吸附原子的局域振动模，研究了γ射线辐照对其发光的影响，并与发红、黄光的多孔硅作了对比，通过空气中长期存放、激光和紫外线照射的方法，研究了光致发光峰能量为２．７ｅＶ的多孔硅发光稳定性．我们及其它文献中报道的多孔硅蓝光发射的实验结果与量子限制模型矛盾，但能用量子限制／发光中心模型解释．我们认为多孔硅的２．７ｅＶ发光是多孔硅中包裹纳米硅的ＳｉＯ_x层中某种特征发光中心引起的． 关键词：     

多孔硅表面形貌的观测和探讨

一、引言多孔硅室温下较强的光致发光现象给全硅大规模光电集成电路和硅基发光器件的开发带来曙光，但要把它变为现实仍有许多问题要解决，就以发光机理为例，仍有不同意见[1].为此必须深入研究其特性，为探讨发光机理提供依据.已有作者观察到发光畴区[2]，测得多孔硅成分近于二氧化硅[3]，观察到快和慢的发光带[4]以及证实自然氧化引入新的表面态[5]等.但迄今为止测量的均为晾干后的多孔硅，而未深究在空气中贮存干燥过程中形貌的变化.本文对多孔硅在空气中贮存初期表面形貌的变化做了显微观测和探讨.还尝试测量了多孔硅／硅的界面特性.二…     

量子点或纳米材料发光现象—界面极化子和多孔硅发光

量子点中的极化子效应是当前量子点研究中的重要问题,其特征急需了解,文章在综述了量子点中限域极化子的概念、可能性和能量随尺寸的变化规律之后,提出了界面限域极化子模型,该模型首次指明本征声子和外来声子都地界面限域分子化的形成有贡献,作者利用此模型分析了多孔硅体系中的光谱特征,证实了表面覆有氧化层的纳米硅的行为十分符合量子限域极化子的特征,这一极化子模型与单个纳米硅结构的发光谱十分一致,此结果对最终揭示多孔硅发光机理有重要意义。     

多孔硅的电荷存贮特性与光电压滞后衰减

自从Canham[1]在1990年报道了多孔硅的光致发光以来,人们便开始了多孔硅的发光特性及其发光机理的研究[2,3].我们在获得多孔硅材料的基础上,曾首次报道了多孔硅光电压的滞后衰减现象[4].在本文中主要对如上实验结果进行了分析和探讨.     

利用共溅射方法实现硅基材料上的纳米Ge的可见光发射

如何实现硅基材料的发光,一直是很受重视的一个研究方向。以往是通过硅基外延生长直接带隙材料或锗硅超晶格的途径实现Si基材料发光。90年代初发倪的多孔硅发光[1],引起人们的广泛关注,对多孔硅的制备工艺、发光特性、机理和定性以及可能的应用等方面进行了广泛的研究。但至今尚没有阐明发光机理,而且多孔硅存在结构脆弱、对环境敏感、不易实现电注入等问题。     

离子注入对多孔硅可见光发射特性的影响

本文在前期对多孔硅发光机理研究的基础上,研究了离子注入对多孔硅光致发光的影响.实验表明离子注入除了可以降低多孔硅光致发光的强度外,还将使多孔硅的光致发光光谱谱峰产生蓝移、半高宽展宽,并在多孔硅发光谱带中产生一些发光减弱区和次峰结构.文中最后对实验现象做了解释.     

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.     

大气中长期存放与长时间热氧化后多孔硅光致发光峰能量的会聚

改变阳极氧化的工艺条件,制备出光致发光峰能量位于1.4—2.0eV范围内的大量多孔硅样品,其中45块样品在大气中存放一年,102块样品在200℃下热氧化(累计达200小时).在上述两种情况下,光致发光峰能量在氧化后都会聚到1.70—1.75eV能量范围.假设在充分氧化的多孔硅中包裹纳米硅的氧化层中,存在发光能量处于～1.70—1.75eV的发光中心,上述实验结果可以用量子限制/发光中心模型解释. 关键词：     

多孔硅拉曼光谱的研究

采用电化学腐蚀的方法制备多孔硅。对不同实验条件下所得到的多孔硅的拉曼光谱进行了分析，确认多孔硅是具有纳米晶结构特征的材料，肯定了量子限制效应在多孔硅光致发光中的作用。     

多孔硅的形成与发光

本文综述了有关多孔硅(Porous Silicon,简称PS)某些新近的研究成果,包括多孔硅的形成、光致发光和电致发光,着重介绍多孔硅的形成和发光过程的量子尺寸效应.     

发光不衰减的多孔硅

用一种新的方法制备出了具有不同衰减的光致发光特性的多孔硅。如此制备的多孔硅新鲜样品,其发光峰位强度比普通多孔硅高２￣２．５倍,将样品在室温下暴露于空气中,其发光强度在前４个月中单调增加,然后达到饱和。在随后的８个月中,没有观察到发光衰减,发光峰位也没有发生变化,这种发光稳定性被归因子于多孔硅表面所形成的稳定的Ｆｅ－Ｓｉ键。文章探讨了发光不衰减、峰位不蓝移的机理,并为多孔硅发光的量子限域模型提供了强     

硅量子点发光的激活及其物理模型研究

在真空或惰性气体中制备的硅量子点发光很弱,硅量子点表面被氢较好钝化后的发光也不强.硅量子点表面的硅氧键或硅氮键能破坏这种钝化并在带隙中形成局域电子态,在局域电子态对应的激活中心有很强的发光.可以用这种方式构建发光物质,控制硅量子点表面的键合可获得不同波长的发光.在硅量子点的发光激活处理过程中,退火是很重要的环节.对于硅量子点发光激活的机理,本文给出了相应的物理模型.实验证明,在600和700 nm波长附近观察到了激活硅量子点的受激发光,在1500 nm到1600 nm波长范围观察到了激活硅量子点的较强发光.     

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。