硅纳米颗粒和多孔硅的荧光光谱研究

采用不同氧化电流密度制备多孔硅,利用超声波粉碎多孔硅层得到硅纳米颗粒,研究了多孔硅和硅纳米颗粒的荧光光谱性质。结果表明,随着氧化电流密度的增加．多孔硅的发光峰值波长向短波方向“蓝移”。硅纳米颗粒相对多孔硅发光强度提高,峰值波长也发生“蓝移”,观察到硅纳米颗粒极强的蓝紫光发射(≈400nm)现象。表明量子限制效应和表面态对多孔硅和硅纳米颗粒的PL性质有重要作用,并用量子限制效应发光中心模型对实验现象进行了解释。     

多孔硅中的新量子限制态和PL光谱

由大量ＰＬ和ＰＬＥ光谱的实验分析得出多孔硅的发光既具有纳米硅中带带跃迁的特征，又受不同表面状态的制约．本文从多孔硅表面化学键叠加构成二维界面势的模型出发提出了表面化学键制约量子限制态．用简单的有效质量计算模型求出了这种新量子态的能级、能谷混合系数、电子波函数及跃迁选择定则、通过这种新量子态解释了多孔硅ＰＬ和ＰＬＥ光谱的实验特性．     

多孔硅的可见光谱发光现象及其应用前景

在可见光谱内,多孔硅的发光现象及其广阔的应用前景激发了人们对这种潜在光电子学材料的巨大研究兴趣。本文介绍了多孔硅的结构、制备方法和形成原理,着重从纳米结构量子尺寸效应的角度,讨论了多孔硅的能带展宽现象和可见光的发射机制,并评述了这种材料在实际应用中的重要价值与原型器件的发展状况。     

硅基量子点的制备及其发光特性

硅基光电子学无疑是今后光电子学发展的方向，这就要求硅基材料能够满足发光器件的要求，从而达到光电集成的目的。因为硅体具有非直接带隙的特点，共发光效率低，所以利用硅基低维量子结构，尤其是量子点结构提高硅基材料的发光性能一直是国内外本领域的一个研究特点。本文对近年来硅基量子点的制备及发光特性研究所取得的进展和结果进行了总结和评述，并对今后的发展提出了看法。     

硅基发光材料研究进展

阐述了等电子杂质、掺Er硅、硅基量子结构(包括量子阱、量子线和量子点)及多孔硅的发光机理,综述了90年代以来a-Si/SiO2、SiGe/Si等Si基异质结构材料的优异特性和诱人的应用前景,着重介绍了能带工程为Si基异质结构带来的新特性、新功能,重点介绍了硅基量子点的制备和发光机理,综述了半导体量子点材料的最新发展动态和发展趋势。     

多孔硅发强可见光的新物理模型

本文提出一个关于多孔硅发强可见光的物理模型:量子限制效应使多孔硅纳米硅粒中的电子-空穴对能量增高与电子-空穴对通过纳米硅粒以外的发光中心复合而发光。在用阳极氧化刚制备或用HF酸刚处理过的多孔硅中,硅-氢键特别是多硅烷可能是主导的发光中心,而在经过适当氧化处理后发光比较稳定的多孔硅中,发光中心可能是氧化层中的点缺陷或杂质。     

多孔硅的能带变化及光致发光的研究

多孔硅与硅材料相比，有明显的可见光致发光特性，其原理可用量子限制模型给予解释。文章通过对多孔硅的光致发光、光电子辐射、光电效应和X光吸收方面的实验的讨论，研究了退火对多孔硅导带和价带边缘的量子漂移的影响。对于大多数多孔硅，过高的退火温度可造成多孔硅的导带和价带边缘的量子漂移的改变。     

多孔硅发光机制的量子理论

评述了多孔硅发光机制的量子限制效应理论，讨论了与此相关的一些实验和两种新的ＱＣＥ理论，最后分析了ＱＣＥ理论存在的一些问题。     

硅发光研究进展

硅是间接带隙半导体, 不能有效地发光.量子理论、超晶格理论和纳米技术的发展,给硅基发光研究提供了理论的和技术的支撑.研究者通过不同的途径去实现硅的有效发光:多孔硅、纳米硅、Si/SiO2超晶格、计算化设计与硅晶格匹配的直接带隙半导体.文章报道了这些方面的最新研究进展.     

硅发光研究

硅发光对于在单一硅片上实现光电集成是至关重要的．本文介绍了目前已有的使硅发光的方法：掺深能级杂质，掺稀土离子，多孔硅，纳米硅以及Ｓｉ／ＳｉＯ２超晶格，讨论了两种可能的发光机制：量子限制效应和表面复合效应．最后介绍了两个硅发光器件，表明硅发光器件的前景是光明的     

多孔硅光致发光谱的多峰结构

基于多孔光致发光的量子限制效应模型,研究了多孔硅发光性质随温度的变化关系.结果表明:多孔硅光致发光谱呈多峰结构,这些分立的发光峰是由多孔硅的本征因素引起的.     

多孔硅发光的物理机制——纳米量子限制效应及表面态在发光中的作用

采用阳极氧化腐蚀的方法制备了多孔硅（ＰＳ），这种ＰＳ的微结构为纳米量级的，并具有光致发光特性，这无疑将对全硅光电子学的发展具有很大意义。根据大量实验与理论分析，提出了这种ＰＳ发光的物理机制：纳米量子限制效应和表面态及其物质在发光中的作用，从量子力学的薛定锷方程出发，用沟道势阱的近似模型，推导得到进入量子线的电子和空穴的能量势垒，ＰＳ的有效带宽Ｅ＝Ｅ＿０＋ΔＥ，对于Ｓｉ（Ｅ＿０＝１．１２ｅｖ）。完美地解释了目前在ＰＳ研究中的ＰＬ谱的篮移现象。     

基于锗量子点的硅基发光器件

硅基光源是实现硅基集成光电子芯片的核心器件,虽然近年来国内外已经取得多项重要成果,但适合于下一代大规模光电集成芯片的小尺寸、低功耗、工艺兼容的高效硅基发光器件仍然缺乏。文章介绍了基于嵌入光学微腔中的锗量子点实现硅基发光器件方面的研究成果,通过将分子束外延生长的锗自组装量子点嵌入硅光子晶体微腔中,实现了室温下处于通信波段的共振发光。通过在图形化衬底上生长实现锗量子点的定位,并精确嵌入光子晶体微腔中,实现了基于锗单量子点的硅基发光器件。     

硅基纳米材料发光特性的研究进展

近年,硅基低维材料物理与工艺的研究预示,硅基光电子学将是今后半导体光电子学的一个主要发展方向,而硅基低维发光材料又将成为半导体光电子集成技术的主要基础材料。随着硅基超晶格,量子阱和多孔硅研究的不断深化以及纳米科学技术的日益发展,硅基发光材料正向纳米方向开拓。     

硅基量子点器件

硅基量子点器件由于其独特的性能以及和硅集成电路相容的特点成为研究的重点。量子点中电子和空穴强的量子限制作用使其表现出一些新颖的物理性能,从而在微电子和光电子器件方面有着重要的应用价值。本文介绍了硅基量子点器件的一些应用,包括单电子晶体管、红外探测器、发光二极管。     

多孔硅发光机制的分析

从量子力学的基本理论出发讨论了量子限制效应，推导出多孔硅有效禁带宽度增量并用量子限制效应和表面态及其物质在发光中作用的理论解释了ＰＳ光致发光的实验现象。     

纳米硅量子点的自然形成及其发光特性

用 Si H4 气体的减压 CVD法 ,在氧化硅以及石英基板上自然形成了高密度的 (～ 10 11cm-2 )纳米尺寸的半球状硅晶粒 (硅量子点 ) ,并且对其光学吸收和发光 (Photo- luminescence,PL)特性进行了评价。用表面热氧化了的硅量子点样品 ,在室温条件且在高于 1.2 e V以上的能量范围内观察到了 PL谱。随着量子点尺寸的减少 ,PL谱的光学吸收限移向高能方向。 PL谱的峰值能呈现大幅度的 (约 0 .9e V)斯塔克移动 ,并且 PL谱的强度几乎与温度无关 ,说明发光来自与局域能级相关联的发光和复合过程。     

纳米硅量子线的平均直径和气压的依赖关系

近几年来，纳米半导体材料的研究吸引了材料及物理学家的浓厚兴趣。纳米硅量子线的成功合成［１，２］使得对低维纳米半导体材料的物理性质的研究成为可能。本文提供了一种控制纳米硅量子线平均直径的方法，同时研究了不同气压下得到的纳米硅量子线的一些特殊形态。在本实...     

纳米硅／氧化硅体系光致发光机制

实际研究的多孔硅几乎都是氧化程度不同的氧化多孔硅，它与另一大类硅基发光材料纳米硅镶嵌氧化硅有相似的结构和发光特徵．两者都是由大量为氧化硅所包裹的纳米硅组成，可统称为纳米硅／氧化硅体系．它是当前研究最多并被普遍认为很有希望的硅基发光材料体系．本文主要讨论纳米硅／氧化硅体系光致发光的机制，文中扼要介绍了我自己所在的研究小组近十几年来的一些相关研究工作．     

多孔硅的发光机制与微结构

详细讨论了两种新的多孔硅发光机制理论（无序Ｓｉ网络结构和聚硅烷／氢化物发光）以及相应的实验支持。通过分析多孔硅的各种发光机制和多孔硅微结构研究，作者认为多孔硅不是仅有一种发光机制，不同的微结构和成分构成会产生不同的发光机制，其中量子限制效应和聚硅烷／氢化物发光是受到较多实验支持的，分别有微结构和成分决定的发光理论。