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。     

化学腐蚀法制备荧光多孔硅及对Ag~+的检测

采用简便的化学腐蚀法在45℃下制备了橘红色荧光多孔硅(PS),通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和比表面积(BET)对PS的结构进行了表征。研究发现,Ag~+能在PS上发生氧化沉积而猝灭荧光。基于此,建立了一种快速、灵敏检测Ag~+的新方法。在优化实验条件下,Ag~+浓度与PS的荧光强度在4.5×10~(-8)~6.6×10~(-7)mol/L范围内呈良好的线性关系,检测限为2.2×10~(-8)mol/L,线性相关系数为0.991 4。该方法用于水样中Ag~的检测,结果满意。     

Regularities of the photoluminescence of porous silicon after chemical etching in HF

The effect of chemical treatment of porous silicon samples by HF on its photoluminescence and its evolution with time in sample aging in air is investigated. It is shown that the effect of HF on the luminescence parameters depends on the duration of the treatment and the initial photoluminescence intensity of the sample. It is found that chemical etching in HF accelerates the growth of the total luminescence intensity in aging of the sample in air. The evolution of the photoluminescence spectrum in aging of the sample in air after chemical etching can be explained within the framework of the quantum-size model of the luminescence of porous silicon. Presented at the Fall Meeting of the Material Research Society, December 1–5, 1997, Boston, USA Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 66, No. 3, pp. 423–427, May–June, 1999.     

多孔硅制备的二维光子晶体生长过程监控

采用单槽电化学腐蚀法在预置有倒金字塔结构的n型单晶硅上制备用于二维光子晶体的多孔硅。利用基于LabVIEW的虚拟仪器技术对实验仪器编程,搭建实时测控系统,实现对反应过程中所需电源的控制,并且实时显示采集到的随时间变化的电压和电流信号,将采集的数据存储在计算机里。实验表明,恒电流供电模式下致使电压剧烈变动,导致多孔硅侧向...     

非桥氧空穴发光中心对铁钝化多孔硅光致发光的影响

采用水热腐蚀法制备了铁钝化多孔硅样品,样品光致发光谱的荧光峰位于2.0eV附近,半峰宽约为0.40eV.激发波长从240nm增大到440nm的过程中,荧光峰先红移再蓝移,最后基本稳定,变化曲线呈勺型.通过分析15片发光多孔硅样品的统计结果,发现荧光峰逆转所对应的激发波长位于330nm附近,相应的激发光子能量约为3.8eV.样品光致发光谱随激发波长的勺型变化过程与≡Si-O^↑和≡Si-O^↑…H-O-Si≡两类非桥氧空穴发光中心共同作用时的发光行为一致.

     

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300nm光激发下,样品发光峰位于618nm附近,半高宽约为132nm。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。     

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 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。     

Nanoporous silicon fabricated at different illumination and electrochemical conditions

The properties of porous silicon prepared at different illumination and electrochemical conditions were studied. The preparation procedure was based on the electrochemical etching in HF containing electrolyte. In the dissolution of n-type silicon, an external source of light is necessary to obtain a sufficient holes flux density. Here, illumination was applied from the backside of the wafer (the side not immersed in the electrolyte), from topside (the side immersed in the electrolyte), and for the highly doped silicon, etching proceeds without illumination. The electrolyte contains HF in the range 2–50 wt%. The highest current density flows with topside assisted illumination. Backside illumination and etching in the dark resulted in a reduction in the current density. In the dark the current density significantly increased at a higher anodic bias. These conditions gave rise to pores formation with a diameter from 20 nm up to 3 μm. The smallest pore size was obtained for highly doped n-Si (111) wafers, etched without illumination. The present paper confirms the possibility of porous silicon formation in the dark and with backside illumination, these being alternative methods for topside assisted illumination etching methods.     

太阳电池中新腐蚀液实现纳米黑硅表面的一步腐蚀制备

通过引入添加剂,调节腐蚀溶液的pH值,实现了一步法制备黑硅表面. 在取得低表面反射率的同时,减小了黑硅层的腐蚀深度,对于16 min腐蚀的黑硅层,其表面加权平均反射率可达5%(300～1200 nm),但腐蚀深仅约为200 nm. 减小腐蚀深度能够降低黑硅太阳电池的表面复合速率,从而提高太阳电池性能,尤其是开路电压及填充因子. 以新腐蚀液制备的黑硅为衬底,在常规太阳电池产线上制备大面积p-Si黑硅太阳电池,实现了15.63%的转换效率,具有高的开路电压(624.32 mV)和填充因子(77.88%),改进了大面积黑硅太阳电池的性能.     

基于多孔硅Bragg反射镜的液体浓度测量方法

提出了一种利用多孔硅Bragg反射镜(简称PSBR)的反射谱来测量液体浓度的新方法。当在PSBR的孔内浸入不同浓度的液体时,多孔硅的有效折射率会发生变化,从而引起PSBR反射谱峰位发生变化。利用脉冲腐蚀法制备PSBR,采用正交参数设计法优化实验参数。对其进行了浓度测量实验和验证实验,测量误差小于0.14%。     

光照对HF/Fe(NO3)3溶液中制备硅纳米线的作用研究

以不同掺杂浓度的单晶n型硅为衬底、金属银为催化剂、硝酸铁作为氧化剂制备硅纳米线, 系统研究了光照对不同硝酸铁浓度条件下用化学腐蚀法制备硅纳米线的作用. 研究发现, 不同掺杂浓度的硅衬底, 光照对硅纳米线长度的影响明显不同. 通过对比硅纳米线的长度, 发现光照对硅纳米线的形成兼具促进和溶解作用, 并分别从能带结构、电化学表征和光致发光等方面对这两种作用的形成机理进行了深入讨论.