复旦多孔硅发光研究又获新进展

 复旦大学应用表面物理实验室在国内首次观察到电致发光和在国际上首次发现多孔硅的非线性光学效应之后，又获得两项新进展.     

复旦多孔硅发光研究又获新进展

复旦大学应用表面物理实验室在国内首次观察到电致发光和在国际上首次发现多孔硅的非线性光学效应之后，又获得两项新进展：     

发光多孔硅

 一、引言:1990年Canham报道,室温下多孔硅有很强的光荧光现象,发光波长在可见光范围,肉眼可见。这一发现在科技界引起了极大的反响,大批科技人员蜂拥而上投入研究。     

发光多孔硅花鸟图

 由南京大学物理系教授鲍希茂先生提供的发光多孔硅图形--花鸟图,是他们采用中国民间剪纸,通过集成电路技术与多孔硅技术制成的精美图形。据介绍,其实际尺寸为2mm²,图中鸟身与花是多孔硅发出的光,呈红-黄色。     

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。     

多孔硅发光机理的新探索

自从９０年代初次发现多孔硅发射可见光的现象以来，人们在其发光机理和可能的技术应用上作了许多工作，而发光机理则是开发实用器件的重要前提，该文在对当前研究动态作介绍之后，分析了一个涉及载流子在约束态和表面态之间转移的综合的多孔硅发光模型，并在研究固态接触的多孔硅发光二极管结构的瞬态特性之后，提出了载流子注入，约束和复合机理的定性假设。     

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     

多孔硅发光稳定性的改进

采用在热ＨＮＯ₃中对多孔度较低的多孔硅样品进行氧化的方法，我们获得了稳定性和均匀性都较好的多孔硅样品。这是一种不同于快速热氧化且更方便易行的方法。另外还用ＳＥＭ和ＦＴＩＲ对其特性进行了研究。 关键词：     

多孔硅发光峰温度行为的研究

实验研究了多孔硅（Ｐｏｒｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ）光致发光峰随测量温度的变化,发现发光峰位随温度的移动与发光峰的能量有关。随温度升高,发光峰波长较长的样品它们的发光峰都移向高能,面发光峰能量较高的样品它们的发光峰都移向低能,发光峰波长位于７４０ｎｍ附近的样品,它们的发光峰与测量温度无关。对上术结果的起源作了讨论。     

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：     

电化学法制备的多孔硅发光

在（１１１）晶向的ｎ型单晶硅片上，用电化学腐蚀的方法成功地制备出多孔硅膜，室温下，在３４４ｎｍ波长的光激发时用肉眼观察到明亮的桔红色荧光（５７７ｎｍ）研究了ＨＦ浓度，光照强度，电流密度和电化学腐蚀时间对多孔硅膜的发射波长和发光强度的影响，相应的多孔硅量子线度为１．５ｎｍ。     

多孔硅的后处理及其发光特性

采用一种新颖而简便的方法,改善多孔硅的发光特性。该方法包括酸处理和阴极还原两步。实验证明通过对多孔硅进行酸处理,能有效提高多孔硅的发光强度;通过对多孔硅进行阴极还原处理,能明显改善多孔硅的发光稳定性,而且发光强度也得到了提高。综合酸处理和阴极还原两技术的特点,对所制备的多孔硅立即先进行酸处理,然后再对其进行阴极还原处理,结果表明该方法能较好地提高多孔硅的发光效率和发光稳定性。而且还对其发光机制进行了探讨。     

稀土铒离子注入多孔硅的发光

稀土离子Ｅｒ注入多孔硅中．在３５０ｋｅＶ能量，１×１０（１２）～１×１０（１５）／ｃｍ２剂量范围内，注入后的多孔硅仍保持明亮的可见光发射．退火后，在近红外区测到１．５４μｍ附近Ｅｒ（３＋）的特征发射．其发射强度比硅单晶对照样品明显增强，实验表明这增强作用来源于多孔硅的表面发光层．电化学制备过程中在表面层中带入的Ｏ、Ｃ、Ｆ等多种杂质可能是Ｅｒ（３＋）发光增强的原因．     

稀土铒离子注入多孔硅的发光

稀土离子Er注入多孔硅中.在350keV能量,1×1012~1×1015/cm2剂量范围内,注入后的多孔硅仍保持明亮的可见光发射.退火后,在近红外区测到1.54μm附近Er3+的特征发射.其发射强度比硅单晶对照样品明显增强,实验表明这增强作用来源于多孔硅的表面发光层.电化学制备过程中在表面层中带入的O、C、F等多种杂质可能是Er3+发光增强的原因.     

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：