锗硅超晶格和多孔硅中的分波发光

锗硅超晶格和多孔硅的大量实验分析表明，其发光性能既不能用间接带隙来解释，也不同于直接光跃迁。本文通过波函数的谐波分析和表面化学键诱生的能带混合研究得出这两种材料中都可能产生出直接带隙分波，从而得到直接光跃迁。运用这种分波发光模型，解释了锗硅超晶格和多孔硅的大量实验结果。最后比较了这两种材料能带工程中的物理效应和化学效应，提出了综合此两效应优化设计新发光材料的新方法。     

有Si覆盖的部分氧化多孔硅的光致发光

在４８８ｎｍ的Ａｒ＋激光激发下,Ｓｉ覆盖的部分氧化多孔硅（ＰＯＰＳ）的光致发光谱（ＰＬ）在１．７８ｅＶ处展示了一个稳定的ＰＬ峰,它的强度达到刚制备多孔硅的发光强度．使用Ｘ射线衍射、Ｒａｍａｎ散射、傅里叶变换红外吸收和电子自旋共振等对其发光机理进行了系统的研究．结果表明,这个增强的ＰＬ峰不是起源于量子限制硅晶粒中的带带复合,也不是起源于样品表面局域态或硅晶粒与氧化物之间的界面态的辐射复合．通过与Ｇｅ覆盖的部分氧化多孔硅的相关结果比较,我们认为这个稳定增强的ＰＬ峰起源于氧相关缺陷中心的光学跃迁     

多孔硅的形成与光致发光谱

介绍了用阳极氧化腐蚀形成多孔硅的工艺，并分析了它的微结构，实验测定了多孔硅光致发光谱（ＰＬ），由ＰＬ谱的峰值位于可见光区，不同于Ｓｉ的带隙能量；用纳米量子限制效应（Ｑ－ＣＥ），解释了多孔硅中进入量子线中电子和空穴能量增量为ΔＥｃ和ΔＥｖ，于是多了孔硅有效带宽成为Ｅ＝Ｅ。＋ΔＥ。而Ｅ。是Ｓｉ的带宽为ｌ．０８ｅＶ，ΔＥｃ和上ΔＥｖ分别为ｈ２／４ｍｅｑ２和ｈ２／４ｍｈｑ２，由此计算与实验结果一致。     

多孔硅的光致发光谱

本文介绍了用电化学腐蚀的阳极氧化工艺，在硅衬底上制备多孔硅（ＰＳ）薄膜，实验测定了多孔硅薄膜的光致发光谱（ＰＬ），发现光致发光谱峰值波长随阳极氧化时间、ＨＦ浸泡时间或置于空气中自然氧化时间增加而向短方向移动（“蓝移”）．文章用量子限制效应（ＱＣＥ）理论解释了上述实验结果，并提出了在多孔硅发光机制中还存在表面态及实物质在发光中的作用。     

用高分辨电子能量损失谱和紫外光电子谱研究多孔硅的电子结构

本文首次使用分辨电子能量损失谱（ＨＲＥＥＬＳ）和紫外光电子能谱（ＵＰＳ）研究新腐蚀的多孔硅样品（ＰＳ）的电子结构．实验结果发现，从ＨＲＥＥＬＳ谱中能量损失阈值测得的多孔硅的能隙最可几值移到２．９ｅＶ左右，与文献报道的光激发谱（ＰＬＥ）的结果相近．ＵＰＳ结果发现多孔硅费米能级到价带顶的距离不同于单晶硅，结合ＨＲＥＥＬＳ和ＵＰＳ结果可以初步得出多孔硅与硅界面的能带排列．     

多孔硅中两种不同的光致发光谱

采用连续变化的单色光作为激发光源，测量了多孔硅的光致发光（ＰＬ）谱和光致发光激发（ＬＰＥ）谱．结果表明，多孔硅存在两种不同的ＰＬ谱．一种是人们通常观察到的ＰＬ谱，其峰位可随多孔硅量子尺寸的变小以及激发光波长（λｅｘ）的变短而蓝移，我们称其力量子限制型光致发光（ＱＰＬ）谱．另一种是其峰位波长处于蓝紫光范围且峰位基本上不随多孔硅的量子尺寸和λｅｘ而变化的ＰＬ谱，我们称其为非量子限制型光致发光（ＮＱＰＬ）谱．多孔硅还存在与ＰＬ谱相对应的两种不同的ＰＬＥ谱．与ＱＰＬ谱对应的ＰＬＥ谱是双峰谱，与ＮＱＰＬ谱对应的ＰＬ     

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。     

多孔硅中电子光跃迁过程的研究

用硅-氧化硅复合纳米材料的能带混合模型研究了多孔硅中的各类电子状态。分析了各种状态的能带属性及其量子限制特性，从而解释了实验中观察到的量子限制态和非量子限制态。在有效质量理论框架下计算了不同能级间的光跃迁矩阵元，得出了带内和带间状态间的跃迁选择定则。运用所计算的结果较好地解释了实验中观察到的PL和CL光谱中的量子限制态、非量子限制态、元激发陷阱以及各种不同的谱峰。最后从多孔硅发光特性与半导体材料及杂质、缺陷发光的对比中阐明了这种纳米发光材料的特征。由此笔者提出了研究硅一氧化硅复合纳米材料来开发新的硅基发光材料、器件和集成电路的新途径。     

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。     

H2O2催化多孔硅的光致发光研究

采用H2O2催化的电化学法制备多孔硅,用原子力显微镜观察了样品的形貌,并测量了在不同电流密度下制得的多孔硅和在不同氧化时间高温氧化的多孔硅的光致发光谱。实验结果表明,采用H2O2催化的电化学法制备的多孔硅与常规电化学法制备的多孔硅相比,其表面更平整、细密、均匀。随着电流密度和氧化时间的增加,多孔硅的发光谱峰位蓝移。此实验结果符合量子限制模型。     

有Si覆盖的部分氧化多孔硅的光致发光

在488nm的Ar+激光激发下,Si覆盖的部分氧化多孔硅(POPS)的光致发光谱(PL)在1.78eV处展示了一个稳定的PL峰,它的强度达到刚制备多孔硅的发光强度.使用X射线衍射、Raman散射、傅里叶变换红外吸收和电子自旋共振等对其发光机理进行了系统的研究.结果表明,这个增强的PL峰不是起源于量子限制硅晶粒中的带带复合,也不是起源于样品表面局域态或硅晶粒与氧化物之间的界面态的辐射复合.通过与Ge覆盖的部分氧化多孔硅的相关结果比较,我们认为这个稳定增强的PL峰起源于氧相关缺陷中心的光学跃迁.     

金属/多孔硅结构的光伏吸收模型研究

９０年代,发现一定成份和结构的多孔硅可以在可见光区发光,该项工作在国际上产生很大影响．为解释其发光机制,先后提出量子限制模型、发光中心模型、硅氧稀发光、Ｓｉ－Ｈ健或多硅烷发光、氢化非晶硅发光和表面态模型．近两年来,又发现金属／多孔硅（Ｍ／Ｐ）结构有较好的光伏吸收特性,我们的工作是研究其光伏吸收机理,提出相应的Ｍ／ＰＳＣｈｏｔｔｋｙ结中原子团演新模型,较好地解释了其实验结果．实验结果给出,Ｓｃｈｏｔｔｋｙ结采用Ａｎ膜与多孔硅结构的光伏吸收峰在６５０ｕｒｎ波长处,而采用ＡＩ膜与多孔硅结构的光伏吸收峰…     

多孔硅的椭偏光谱研究

本文用椭偏光谱法研究多孔硅．采用有效介质理论，从椭偏光谱数据定出不同实验条件下制备成的多孔硅样品的孔隙率．其次，从紫外一可见范围的椭偏光谱得到多孔硅介电函数虚部谱，并与单晶硅相应谱作比较．结果表明主峰带隙随着多孔硅空隙率增加而向高能方向移动，同时在＜３ｅＶ区出现新的吸收带，与能带理论计算结果相符．     

多孔硅中的电子激发态及其光谱研究

本文用硅-氧化硅复合纳米材料的能带混合模型研究了多孔硅中的高能激发态．理论计算表明，随着电子能量的升高△波和Г波之间产生了极强的相互耦合，形成一对强△态和强Г态．这两种状态分别被限制在中心硅丝和表面氧化硅层中，从而产生实验中观察到的量子限制态和非量子限制态．在有效质量理论框架下计算了不同能级间的光跃迁矩阵元，得出了跃迁选择定则．强△态与Г态间的跃迁几率很小，在俘获电子以后可以构成一种元激发陷阶,运用所计算的结果较好地解释了实验中观察到的PL和CL光谱中的量子限制态、非量子限制态、元激发陷阱以及各种不同的谱峰．     

多孔硅器件的电流诱导发光

本文介绍了多孔硅发光（ＬＥＰＯＳ）实验。多孔硅是在ＨＦ电解槽中通过电流把ｎ型硅阳极氧化制成的。用紫外光照射可得到可见光的光发射。在多孔硅层的顶部对固体接触层上施加交流或直流电压，可看到可见的电致发光（ＥＬ）。给出了两个实验的原始光谱。     

多孔硅上生长Ge量子点的光学特性

采用量子尺寸的多孔硅作为衬底 ,利用区域优先成核在多孔硅表面上成功地生长了 Ge量子点 .由于量子限制效应锗的 PL 谱发生了明显的蓝移 ,计算表明在傅里叶红外光谱中观察到的中红外 (5— 6 μm)吸收峰是源于量子点中的亚能带跃迁 (两个重空穴能级之间的跃迁 ) ,这为 Ge量子点红外光探测器的应用提供了理论基础     

多孔硅上生长Ge量子点的光学特性

采用量子尺寸的多孔硅作为衬底,利用区域优先成核在多孔硅表面上成功地生长了Ge量子点.由于量子限制效应锗的PL谱发生了明显的蓝移,计算表明在傅里叶红外光谱中观察到的中红外(5-6μm)吸收峰是源于量子点中的亚能带跃迁(两个重空穴能级之间的跃迁),这为Ge量子点红外光探测器的应用提供了理论基础.     

无酸水热法制备多孔硅

报道一种在无酸性腐蚀液的条件下用反应釜制备多孔硅的新方法。实验采用扫描电镜、拉曼光谱和光致发光谱对样品表面形貌、结构及发光性能进行表征,并与用常规电化学阳极氧化法制出的多孔硅进行了对比研究,研究结果表明用无酸水热法制出的多孔硅表面平整,孔的形状规则,发光效能提高更多。     

发光多孔硅微结构及其发光起源探讨

用制备发光多孔硅样品的常规电化学方法，在未抛光多晶硅表面，成功地制备出了均匀地发射肉眼可分辨的可见光样品。样品的先致发光光谱得到了测定，证明是一种典型的多孔硅光致发光光谱。用扫描电镜对样品的表面形貌、截面结构进行了详细的分析，摄制出了发光多孔硅样品的完整多孔状微结构清晰照片。实验结果认为多孔硅样品可分成三层：表面层、多孔层、单晶硅衬底；而多晶硅表面上制备的发光样品只有两层结构：表面层、多晶硅衬底。文中认为多孔硅可见光发射应来自其表面层，而与层下的多孔层微结构无关。     

采用多孔氧化硅形成超薄SOI结构的研究

本文采用多孔氧化硅全隔离技术获得了硅膜厚度小于１００ｎｍ、硅岛宽度大于１００μｍ的超薄ＳＯＩ（ＴＦＳＯＩ）结构．用透视电子显微镜剖面分析技术（ＸＴＥＭ）、扩展电阻分析（ＳＲＰ）、喇曼光谱、台阶轮廓仪和击穿电压测量等技术对多孔氧化硅超薄ＳＯＩ结构进行了分析，结果表明其顶层硅膜单晶性好，硅膜和埋层氧化层界面平整．实验表明硅岛的台阶形貌及应力状况取决于阳极化反应条件．在硅膜厚约为８０ｎｍ的ＴＦＳＯＩ材料上制备了ｐ沟ＭＯＳＦＥＴ，输出特性良好．