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。     

镶嵌于多孔硅微腔中8-羟基喹啉铝的窄峰发射

利用浸渍法将8羟基喹啉铝(Alq₃)镶嵌到多孔硅微腔中,制备了多孔硅微腔—Alq₃镶嵌膜,研究了多孔硅微腔对镶嵌其中的Alq₃自发发射的微腔效应,观察到了光谱窄化、发光强度增强等现象。镶嵌于多孔硅微腔中的Alq₃荧光光谱的半峰全宽只有15nm,而非微腔样品,即镶嵌于普通的单层多孔硅中Alq₃荧光谱半峰全宽在85nm以上。并且有微腔时Alq₃发光强度比没有微腔时Alq₃发光强度增强一个数量级。随机改变微腔中Bragg反射镜高折射率层的几何厚度可使高反射区展宽,从而更加有效地抑制了多孔硅本身的发光模,使发光色度更纯,但由于峰值透射率减小,导致共振峰强度有所减小。多孔硅微腔有机镶嵌膜有可能成为进一步发展Alq₃在电致发光器件方面应用的一条新途径。     

一种新型阳极氧化多孔硅技术

在适当条件下氧化多孔硅是提高多孔硅发光强度的良好途径,提出了一种新型阳极氧化方法,并探讨了该方法所涉及的阳极氧化条件。采用含CH3CSNH2的HF酸水溶液作为氧化剂对初始多孔硅进行了湿法阳极氧化,发现氧化使多孔硅光致发光性质得到极大改善,进而研究了氧化电流、氧化温度、氧化时间等一系列因素对氧化多孔硅光致发光强度的影响,并给出了合理解释。实验发现,在1mA,10min,60℃的氧化条件下,采用阳极氧化技术使多孔硅发光强度增强了18倍。     

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。     

发射可见光多孔硅的拉曼光谱

本文报导了多孔硅的拉曼散射和光致发光的研究。给出了多孔硅的拉曼和光致发光谱之间的对应关系,根据拉曼峰的移动,估算了多孔硅量子线横截面的平均尺度为2.1～4.2nm。     

金刚石膜/多孔硅复合材料的性能表征

提出了一种新颖的多孔硅表面钝化技术,即采用微波等离子体辅助的化学气相沉积（MPCVD）方法在多孔硅上沉积金刚石薄膜。采用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光 谱仪和荧光分光度计对多孔硅及金刚石膜的表面形貌、结构和发光特性进行了表征。结果表明采用微波等离子体化学气相沉积法可在多孔硅基片上形成均匀、致密、性能稳定且对可见光具有全透性的金刚石膜。金刚石膜与多孔硅的复合,大大稳定了多孔硅的发光波长和强度,同时增强了多孔硅的机械强度。     

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。     

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/多孔氧化铝与PVK复合光致发光特性

用旋涂法实现了多孔硅、多孔氧化铝与聚乙烯咔唑(PVK)的复合,研究了多孔硅／PVK、多孔氧化铝／PVK复合体系的光致发光性能。PL谱的测试发现,多孔硅／PVK复合体系的PL谱同时具有多孔硅和PVK的发射峰。此外,在485nm的位置出现了一个新峰,讨论了这个峰的来源。而多孔氧化铝与PVK复合后,没有产生新的峰。但多孔氧化铝与PVK复合后,由于多孔氧化铝纳米孔的纳米限制效应使PVK的发光峰出现大幅度蓝移。从多孔硅与多孔氧化铝发光机制的不同出发,讨论了多孔硅、多孔氧化铝与PVK复合后产生不同结果的原因。     

利用胶体小球掩蔽刻蚀技术制备的半导体纳米阵列的场电子发射特性

利用胶体小球掩蔽刻蚀技术,制备了单晶硅纳米阵列,利用原子力显微镜观察了硅阵列的表面形貌,实验结果表明,硅柱阵列具有高密度和较好的均匀性。同时研究了单晶硅纳米阵列的场电子发射特性。为了提高样品的场发射性能,在所制备的单晶硅有序纳米阵列上生长了一层非晶碳薄膜。与单晶纳米硅柱阵列相比,覆盖有非晶碳膜的样品的场电子发射特性有了明显的改善,表现在场发射的开启电场下降,同时场发射增强因子得到增加。结果表明非晶碳膜确实能够降低电子发射的表面有效势垒,从而增强了场电子发射特性。     

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.     

Investigation of Porous Silicon Wetting by Raman Scattering

Wetting phenomena in porous silicon layers are experimentally investigated by Raman scattering. The experimental results show a reversible blue-shift of Raman spectra of wetted porous silicon layers with respect to the unperturbed layers. We ascribe the shift to a compressive stress due to the increased lattice mismatch between the porous silicon layer and the bulk silicon substrate in wetting conditions.     

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／激光染料复合体的发光

将激光染料分子有效地嵌入多孔硅中，获得多孔硅／染料分子复合体，嵌入微量梁料分子时，复合体的发光兼有多孔硅和激光染料两者的发光特征，增加染料分子的嵌入量，复合体的发光增强，荧光的时间响应快、脉宽窄，主要表面为激光染料的发光特性。     

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。     

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.     

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。     

Influence of Iodine-Containing Solutions on the Condition of a Porous Silicon Surface and Its Photoluminescent Properties

The influence of surface treatment of porous silicon in iodine-containing solutions on its photoluminescent properties has been investigated. The porous silicon samples were prepared by anodizing in HF-based electrolytes and placed in fluoride-hydrogen solutions with the addition of iodine immediately after their formation. The surface condition was controlled by IR Fourier spectroscopy methods in the 400–4000-cm^–1 range. It has been established that the result of the porous silicon treatment in iodine-containing solutions is a decrease in the intensity of Si–H _x -bonds without the appearance of additional vibrations in the range under investigation. At the same time, such a treatment substantially affects the spectrum and intensity of porous silicon photoluminescence and increases its stability in subsequent storage. The possible reasons for the revealed phenomena are discussed.     

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。