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。     

多孔硅发光—纳米硅量子海绵中的量子约束

多孔硅的发光是源自其最表面层,该层是非晶态的。本研究揭示其结构是随机分布在此表面的纳米尺度的硅。多孔硅的微结构好象量子海绵,没有观察到“线”状结构,是一种无序材料。多孔硅的发光极象是由于这种纳米硅原子簇中的量子限制。     

用于MEMS封装的纳米多孔硅气敏特性分析

采用双槽(自制)电化学腐蚀法在p型单晶硅表面制备多孔硅(PS)层,利用AFM技术分析多孔硅的表面形貌。研究分析了电流密度为20~60 mA/cm2时,多孔硅的孔径、孔深和孔隙率,并分析测试了多孔硅对高浓度乙醇的气敏特性。结果表明,在不同的电流密度腐蚀下,孔径都在10 nm左右;随着电流密度的增加,多孔硅的孔深和孔隙率增大且腐蚀的均匀性较好。当电流密度大于40 mA/cm2后,腐蚀的均匀性开始变差,灵敏度波动较大。通过对多孔硅气体吸附灵敏度的分析,在电流密度为40 mA/cm2时,对各浓度的乙醇气体的灵敏度相对稳定,均值达到2.24×106 kΩ,因此该类样品更适用于MEMS高真空封装的纳米吸气剂。     

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。     

多孔硅的形成与电流电压特性研究

本文在很宽的导电范围内采用阳极氧化方法形成多孔硅。用ＳＥＭ观测了多孔硅形貌、性质与腐蚀时间的关系。研究了四种不同掺杂的Ｓｉ－ＨＦ系统的电流－电压特性。     

氧等离子环境下影响多孔硅光学特性的因素

研究了多孔硅（porous silicon,PS） 在氧等离子体环境中退火温度和存储时间对PS光学稳定性的影响。通过光致发光（PL） 谱和傅里叶变换红外光谱对系列样品进行分析。高斯拟合结果显示PL谱由三个高斯峰叠加而成,其中至少两个高斯峰是由非量子限制效应造成的,即第一峰面积的变化与Si=O双键密切相关,第三峰面积的变化与Si-O-Si桥键以及SiHx（x=1,2）键有关;退火温度对以上两个峰的强弱变化有直接影响。     

经Al2O3与 SiOx钝化的多孔硅及其光致发光特性

在一定偏压下用AlCl3+C2H5OH+H2O混合液对多孔硅进行了后处理。经过处理的多孔硅与未经处理的多孔硅相比,其发光强且稳定。通过对样品进行红外吸收谱的测试和分析,指出在后处理样品表面形成的Al2O3与SiOx结构是多孔硅发光增强和稳定性得到提高的原因。     

金纳米颗粒增强富硅氮化硅发光特性的研究

采用时域有限差分(FDTD)方法,对Au纳米颗粒的尺寸和形貌对于其光学特性的影响进行了系统的理论研究。通过采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、晶化处理、电子束蒸发和高温退火等工艺,制备基于局域表面等离子共振(LSPR)效应的富硅氮化硅发光芯片。利用拉曼光谱仪、扫描电子显微镜(SEM)、奥林巴斯显微镜等对不同结构Au纳米颗粒富硅氮化硅发光器件的特性进行了表征。研究表明,通过对Au纳米颗粒的大小、形状和分布合理优化,富硅氮化硅芯片的发光强度在570nm波长附近提升了7倍,增强峰的位置红移了10nm。     

铜辅助化学腐蚀条件对多孔硅的影响

以铜(Cu)作为催化剂,采用两步化学腐蚀法成功制 备了微纳米多孔硅(PS)。本文方法成本低廉、操 作简易。系统研究了腐蚀液中H₂O₂浓度、Si衬底掺杂浓度、腐蚀液温度和腐 蚀时间对PS表 面形貌和腐蚀深度的影响,并得到最佳制备参数。高、低掺Si衬底所采用的最佳配比腐蚀液 中的H₂O₂浓度分 别达到0.70mol/L和0.24mol/L。在 25℃腐蚀液中,腐蚀2h得到约200nm深的纳米级孔洞 ,其表面反射率在 宽波段内降低到5%以下;而在50℃腐蚀液中,经过2～ 4h的腐蚀,可得到14～41μm深的结构稳定的微纳 米级孔洞。文中还对Cu辅助腐蚀与其他金属辅助腐蚀(MACE)作了对比,分析了Cu辅助腐蚀获 得锥状孔洞的原因和机理。     

多孔硅中八羟基吡啉铝的光致发光

通过两种方法将有机小分子八羟基喹啉铝（Alq3)嵌入到用阳极腐蚀法制备的多孔硅中。一是浸泡法,将新鲜的多孔硅浸泡于Alq3的氯仿溶液中,通过物理吸附使Alq3嵌入到多孔硅的纳米孔中;二是反应法,先将多孔硅浸泡于硫酸铝的水溶液中,再在其中加入八羟基喹啉的甲醇溶液,使它们在多孔硅的纳米孔中反应产生Alq3。两种方法得到的Alq3的光致发光光谱均较硅片上蒸镀的Alq3的光致发光光谱有所蓝移,半高宽有所减小。反应法比浸泡法得到的光致发光强得多。     

铜掺杂多孔硅的光致发光及其载流子的复合过程

采用浸泡镀敷的方法在多孔硅表面形成了一镀铜层,通过对掺铜前后多孔硅的光致发光(PL)谱和傅里叶变换红外(FTIR)吸收光谱的研究,讨论了铜在多孔硅表面的吸附对其光致发光的影响。实验表明,掺铜多孔硅的光致发光谱出现两个发光带,其中能量较低的发光带随主发光带变化,并使多孔硅的发光峰位蓝移。多孔硅发光峰位的蓝移,是由于在发生金属淀积的同时伴随着多孔硅表面Si的氧化过程(纳米Si氧化为SiO2)的缘故。     

多孔硅形貌的观测与生长机理分析

本文在实验基础上，对于多孔硅的形成形貌学进行了研究，用日立Ｓ－７５０型扫描电镜观测了不同条件下生长的多孔硅的正面和侧面孔的形貌。对得到的实验结果进行了较为详细的分析，为进一步研究多孔硅在半导体器件方面的应用提供了一定的基础 。     

纳米硅薄膜的发光特性研究

研究了 nc- Si:H薄膜的光致发光 ( PL) ,分析了晶粒尺寸、温度对发光特性的影响。对发光样品 ,晶粒尺寸有一上限 ,其值在 4～ 5nm之间。在 10～ 77K,nc- Si:H薄膜的发光强度几乎没有变化 ;当温度高于 77K,发光强度指数式下降。随温度升高 ,发光峰位有少许红移。讨论了nc- Si:H光致发光机理 ,用量子限制 -发光中心模型对实验现象进行了解释。从载流子的激发、复合两方面讨论了发光过程 ,认为载流子在晶粒内部激发后 ,弛豫到晶粒界面的发光中心复合发光。     

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.     

钝化多孔硅的光致发光

选用含有胺基的正丁胺 (CH3CH2 CH2 CH2 - NH2 )作碳源 ,采用射频辉光放电法制备碳膜对多孔硅进行碳膜钝化 ,其光致发光谱和存放实验表明 :正丁胺对多孔硅进行钝化是一种十分有效的多孔硅后处理途径 .研究了钝化多孔硅的光致发光谱随钝化温度和钝化时间的变化关系 ,其结果显示 :通过调节钝化条件可实现钝化多孔硅最大的发光效率和所需要的发光颜色     

热丝法制备硅纳晶颗粒及其发光性质

利用热丝化学气相沉积法,在真空腔中通过选择设定不同加热功率的热丝热解硅烷制备出一系列不同颗粒尺寸的硅纳米颗粒样品。透射电镜分析表明硅纳米颗粒具有结晶良好的纳晶结构。通过自然氧化钝化硅纳米颗粒表面,消除表面悬键的影响,使得硅颗粒具有高效的光致发光特性,发光范围在红光到近红外区,发光特性与量子限域效应相吻合。发光寿命测量表明所制备的硅颗粒的发光寿命在微秒量级,并且通过比较不同硅颗粒分布样品中相同发光波长衰减寿命的差异,揭示了所制备样品中硅纳米颗粒之间存在耦合作用。     

富硅量不同的富硅氮化硅薄膜的光致发光研究

采用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)，在低衬底温度下制备了系列富硅量不同的富硅氮化硅薄膜。且所有样品分别经过不同温度的退火。通过X射线光电子能谱(XPS)的测试证实了薄膜中硅团簇的存在。对不同富硅量的氮化硅薄膜做了红外和光致发光的比较研究。由不同富硅量薄膜中硅团簇的尺寸变化对发光峰的影响。得出了发光来源于包埋于氮化硅薄膜中由于量子限制效应而使带隙增大了的硅团簇。