电化学阳极氧化制备多孔硅及其发光性能研究

利用电化学阳极氧化法,通过控制电流密度和电解液的成分,在p型(100)硅衬底上制备了大孔的多孔硅结构,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和紫外荧光光度计研究了不同条件下制备的多孔硅样品的行貌特征、结构和发光性能。在此基础上进一步考察了对多孔硅样品进行氢氟酸浸泡刻蚀和阴极氢饱和处理对其发光性能的影响。讨论了后处理对多孔硅发光性能影响的机理。     

多孔硅的氧化过程

单晶硅变成多孔硅是在HF溶液中用阳极氧化来实现的。业已报导多孔硅由于氧化速率高而被用于IC器件的绝缘隔离。然而在氧化一段时间之后,在多孔硅和本体硅上面的二氧化硅表面间的高度差就成为一个问题了。其多孔性取决于阳极氧化的条件。在低电压情况下,反应层呈现无定形,而在较高电压的情况下用n型衬底阳极氧化,其反应层表现出单晶结构。本文叙述高度差的产生机构和多孔硅的氧化过程,特别是对于在低电流情况下形成的多孔硅。硅片系采用在P型、10～20欧姆·厘米、<111>取向的衬底上的n型、0.2～0.3欧姆·厘米、3微米厚的外延层。硼选择地通过n型外延层扩散到p型衬底。然后,硅片     

多孔硅制备工艺的研究

多孔硅的发光性能与其制备工艺密切相关，本文着重讨论了阳极氧化技术、表面再处理、硅衬底的电学性质等因素对多孔硅质量的影响，给出了合适的工艺条件。     

用于硅衬底隔离的选择性多孔硅厚膜的制备

在硅衬底上形成高阻隔离层对于提高硅基射频电路的性能具有重要意义。采用多孔硅厚膜作为隔离层，能够极大地降低衬底高频损耗。本文对n^ 型硅衬底上选择性多孔硅厚膜的制备进行了研究。通过在阳极氧化反应中采用不同的HF溶液的浓度、电流密度和反应时间来控制多孔硅的膜厚、孔隙度等特性。有效地减少了多孔硅的龟裂失效，得到的多孔硅最大膜厚为72μm。并测量了多孔硅的生长速率与表面形貌。     

用于硅衬底隔离的选择性多孔硅厚膜的制备

在硅衬底上形成高阻隔离层对于提高硅基射频电路的性能具有重要意义.采用多孔硅厚膜作为隔离层,能够极大地降低衬底高频损耗.本文对n 型硅衬底上选择性多孔硅厚膜的制备进行了研究.通过在阳极氧化反应中采用不同的HF溶液的浓度、电流密度和反应时间来控制多孔硅的膜厚、孔隙度等特性.有效地减少了多孔硅的龟裂失效,得到的多孔硅最大膜厚为72μm.并测量了多孔硅的生长速率与表面形貌.     

用于硅衬底隔离的选择性多孔硅厚膜的制备

在硅衬底上形成高阻隔离层对于提高硅基射频电路的性能具有重要意义。采用多孔硅厚膜作为隔离层 ,能够极大地降低衬底高频损耗。本文对n+型硅衬底上选择性多孔硅厚膜的制备进行了研究。通过在阳极氧化反应中采用不同的HF溶液的浓度、电流密度和反应时间来控制多孔硅的膜厚、孔隙度等特性。有效地减少了多孔硅的龟裂失效 ,得到的多孔硅最大膜厚为 72 μm。并测量了多孔硅的生长速率与表面形貌     

用离子注入控制形成多孔硅发光图形

本文提出了一种形成多孔硅发光图形的方法。以淀积的Al作掩膜,通过硅自注入使样品选区非晶化。阳极处理使单晶区生成发光区,非晶区成为不发光区,形成多孔硅发光图形,分辨率达2μm。讨论了离子注入对多孔硅形成与发光的影响。     

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。     

硫化锌／多孔硅复合体系光致发光特性的研究

为了研究硫化锌／多孔硅复合体系的光致发光特性,通过电化学阳极氧化法制备了多孔硅样品,然后用脉冲激光沉积的方法在其上沉积硫化锌薄膜,测量了硫化锌／多孔硅复合体系的光致发光谱,并对其进行了详细的理论分析和实验验证。结果表明,在不同的激发波长(340nm,360nm,390nm)下,硫化锌／多孔硅复合体系的光致发光谱不同,硫化锌和多孔硅发光的相对(蓝／红)积分强度比值也不同;硫化锌薄膜的生长温度不同(100℃,250℃,350℃)时,硫化锌／多孔硅复合体系的发光不同,随着生长温度的升高,复合体系的发光谱中,硫化锌的发光增强而多孔硅的发光减弱;衬底多孔硅的制备电流密度不同(3mA／cm²,9mA／cm²,11mA／cm²)时,硫化锌／多孔硅复合体系的发光也有着不同的特点。在适当的多孔硅制备电流密度条件下,把硫化锌的发光与多孔硅的发光叠加,得到了可见光区较宽的光致发光谱带(450nm～700nm),呈现较强的白光发射,这一结果为白光二极管的实现开辟了一条新的捷径。     

硅基材料高效发光——多孔硅电致发光的研究

本文介绍了多孔硅（ＰＳ）二次阳极氧化（Ａ０）过程中的电致发光现象，所设计的Ｍ／ＰＳ／Ｓｉ／Ｍ肖特基结构的二极管也观察到了电致发光，本文还对它们的发光机理做了粗略地讨论。并提出要使多孔硅电致发光器件实用化，还有许多问题有待进一步解决。     

新型湿法氧化对多孔硅发光强度的影响

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。首次采用含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,大大改善了多孔硅的发光强度,并研究了氧化电流密度、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。实验发现,在电流密度1mA/cm^2,氧化液温度60℃,氧化时间为10min的条件下,可以获得最强光致发光;在此最优条件下得到的氧化样品较初始样品发光增强了18倍。     

多孔硅PL谱的影响因素分析

通过阳极氧化电化学方法制备了多孔硅,并在室温下对不同条件下制得的多孔硅光致发光谱(PL谱)进行系统的分析.结果表明,随着阳极电流密度、阳极化溶液浓度和时间的增大,多孔硅的PL谱峰将发生"蓝移",并且PL峰强也显著增加,但过大的电流密度、阳极化溶液浓度和时间将导致PL峰强下降.另外,还发现PL谱存在多峰结构,而多孔硅在空气中放置时间的延长将引起其PL的短波峰"蓝移"和强度下降,但对长波峰只引起强度减弱,并不影响其峰位.PL谱的多峰结构可以认为是由于样品中同时存在"树枝"状和"海绵"状两种微观结构所产生的,在这个假设下,用多孔硅氧化后发光中心从硅表面移到二氧化硅层及量子限制模型能够解释上述现象.     

多孔硅PL谱的影响因素分析

通过阳极氧化电化学方法制备了多孔硅,并在室温下对不同条件下制得的多孔硅光致发光谱(PL谱)进行系统的分析.结果表明,随着阳极电流密度、阳极化溶液浓度和时间的增大,多孔硅的PL谱峰将发生"蓝移",并且PL峰强也显著增加,但过大的电流密度、阳极化溶液浓度和时间将导致PL峰强下降.另外,还发现PL谱存在多峰结构,而多孔硅在空气中放置时间的延长将引起其PL的短波峰"蓝移"和强度下降,但对长波峰只引起强度减弱,并不影响其峰位.PL谱的多峰结构可以认为是由于样品中同时存在"树枝"状和"海绵"状两种微观结构所产生的,在这个假设下,用多孔硅氧化后发光中心从硅表面移到二氧化硅层及量子限制模型能够解释上述现象.     

多孔硅异质结电致发光器件发光特性研究

多孔硅电致发光性质的研究对于实现硅基光电集成具有重要的应用价值。采用蒸镀-阳极氧化法制备了多孔硅异质结(ITO/PS/p-Si/Al)电致发光器件,在7.5V较低电压下实现了数小时连续电致发光,并给出了该器件的发光和电学性能的测量结果。结果表明,要制备较好发光性能和伏安特性的多孔硅电致发光器件,顶部电极应同时具有较高的透光率和电导率。     

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。     

微结构制备中选择性多孔硅牺牲层技术的研究

利用多孔硅形成的选择性。在指定的硅衬底区域制作多孔硅作牺牲层，提出了制作微结构，后进行阳极氧化，形成多孔硅牺牲层的工艺，由此制备出了良好的悬空结构，并对多孔硅形成的选择性、掩模材料和工艺条件进行了研究。     

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。     

适用于高品质射频集成电感的多孔硅新型衬底制备技术

提出了背向选区腐蚀生长多孔硅的集成电感衬底结构．ASITIC模拟证明，该新型衬底结构的集成电感在高频下仍具有较高的品质因子．采用此工艺，在固定腐蚀液配比的条件下，变化电流密度和阳极氧化时间,制备出了高质量的厚膜多孔硅，并测量了多孔硅的生长厚度、孔径大小和表面形貌，得出了多孔硅生长速率随阳极氧化时间和电流密度的变化关系，为背向选区腐蚀工艺制备高品质硅基集成电感奠定了理论和实验基础．     

多孔硅/八羟基喹啉铝复合体系的电致发光

采用阳极氧化法制备了多孔硅(PS)，通过真空沉积在纳米孔中组装了有机发光小分子八羟基喹啉铝(Alq3)，制作了有机／无机复合电致发光器件，并与单层的Alq3电致发光器件相比较，观察到复合体系的电致发光蓝移现象，这种蓝移现象与纳米孔对有机分子聚集程度的限制有关。     

多孔硅的氢化、氧化与光致发光

对于刚阳极氧化完的，阳极氧化后紧接着在Ｈ２Ｏ２中光照处理的及长期存放（１０个月）的三种多孔硅样品进行了持续激光照射，不断监视它们的光致发光（ＰＬ）与富利埃变换红外（ＦＴＩＲ）吸收光谱，并在最后对它们作了Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）测量，以确定它们所含氧化硅的情况．得出如下几条结论：（１）氢对多孔硅表面的钝化是不稳定的．（２）Ｓｉ—Ｈ键不是发光所必须的．（３）氧对多孔硅表面的钝化是稳定的，纳米硅周围氧化层的存在及其特性对于稳定的多孔硅可见光发射是至关重要的．对激光照射下多孔硅发光的退化提出了新的解释．