激光加工形成硅基上的氧化低维纳米结构的PL发光

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光电功能化的低维材料与器件研究

光电功能化的低维材料与器件研究光电功能化低维材料已成为当前材料科学研究和应用开发的热点领域之一。

低维材料是一类在一个或两个维度上尺寸极小的材料，具有独特的物理和化学特性。

与传统三维材料相比，低维材料的电子、光学、热学和力学性能更加优越，具有更宽的光谱响应范围和更高的效率。

光电功能化的低维材料和器件研究已成为国内外研究的热点和难点，其研究成果也已广泛应用于光电信息存储、光电控制、能源转换和生物医学等领域。

一、低维材料的分类与特性低维材料是在一个或两个维度上尺寸极小的材料，主要包括一维纳米线、二维薄膜和量子点等。

这些材料的特性包括：1. 电子性能：低维材料具有载流子与晶格耦合减弱、表面自由能增大、接触电势变化明显等电子性能特征。

这些特征促进了低维材料在太阳能电池、光电控制器等光电器件上的应用。

2. 光学性能：低维材料具有更宽的光响应范围、更高的量子效率和更小的逸出功。

这些特性对实现高效发光器件、太阳能电池、光电传感器等光电器件具有重要意义。

3. 热学性能：低维材料有更小的热容量和更大的界面效应，可用于制造热电转换器件，实现能源和热能的高效转换。

4. 力学性能：低维材料在弯曲和拉伸等情况下，会出现四面体效应和屈曲现象，其力学性能表现更为复杂。

这些特性在制造柔性电子设备和高强度材料等领域有重要应用。

二、光电功能化低维材料的制备低维材料的制备包括物理法、化学法和生物法等多种方式。

其中物理法包括真空蒸发、物理气相沉积和激光热解法等；化学法包括溶液法、气相沉积法和水热法等；生物法则是利用生物体系中的生物分子来制造低维材料或通过仿生学方法来合成低维材料。

近年来，通过表面修饰等手段，光电功能化低维材料多样性不断增强，使得低维材料的应用范围更为广泛。

例如，将金属氧化物、过渡金属硫化物、碳纳米管等多种材料与量子点、纳米线和薄膜等低维材料相结合，可以获得具有特殊性质和高效性能的光电功能化材料。

三、光电功能化低维材料的应用光电功能化低维材料在光电器件、能源转换和生物医学等领域的应用广泛。

硅基上低维结构的受激发光

摘
要：５４ｍ激光抽运纳晶硅样品时，用１ｎ我们观测到表面上氧化结构在６２ｍ和６４ｍ处的９ｎ９ｎ
尖锐受激发光，明显的闽值行为证明了它的受激辐射特性。纳晶硅氧化结构通过激光辐照和其
Байду номын сангаас
退火处理来形成。解释这种受激辐射的模型已提出，中纳晶硅与氧化硅之间的陷阱态起着重其
ＺＡＧＲｎ — ｏ，Ｎａ－ｕ，ＱＮＣａ－ａＩｈ－ｎＨＮｏｇｔＷＡＧＨｉＩｈｏｉ，ＬＵＳｉｏｇａｘｊｎｒ
（．ｅａｏａｏｙｏＰｏｅｅｔｎＴｃｎｌｙａｄＡｐｉｔｎＧｉｏｎｖｒｉ，Ｇｉｎ５０５ｈｎ；１ＫｙＬｂｒｒｆｈｔｌｃｏｅｈｏｏｎｐｌａｉ，ｕｚｕＵｉｓｙｕｙｇ０２，Ｃｉａｔｏｒｇｃｏｈｅｔａ５
互作用是主要的。
在我们最近的工作中，硅基上的受激发光来自陷阱态电子与空穴的复合（为无声子过程）。我们用５４ｍ的激光束照射样品时，６４ｍ和６２ｍ处出现两个尖锐的受激发光峰，１ｎ在９ｎ９ｎ它们来自硅基上的一些
ｆｃｔｅｘｄｆｓｌｃｎａｄｐｒｕｓｎａｏｒｓａｌｙａｍｐｒａｔｒｌａｅｂｅｗｅｎｏｉｅｏｉｏｎｏｏｎｃｙｔｌｐａｎｉｏｔｎｏｅ．ｉＫｅｗｏｄｙｒｓ：Ｓｉｌｔｄｅｓｉｎ，Ｏｘｄｔｕｔｅｏｉｃｎ，ＴｒｐＳｔｔｓｔｍｕａｅｍｉｓｏｉｅｓｒｃｕｒｆｓｌｏｉａａｅ

半导体制造技术期末题库参考答案

（1）、杂质分布形式：在表面浓度 Cs 一定的情况下，扩散时间越长，杂质主要特点：扩散的就越深，扩到硅内的杂质数量也就越多。
x 2 Dterfc 1 （2）、结深： j
CB A Dt Cs
x2
Cs 4 Dt C ( x, t ) | x ,t e （3）、杂质浓度梯度： x Dt
4、写出菲克第一定律和第二定律的表达式，并解释其含义。
费克第一定律 C 杂质浓度 D 扩散系数(单位为 cm2/s) J 材料净流量（单位时间内流过单位面积的原子个数）解释：如果在一个有限的基体中杂质浓度 C(x, t)存在梯度分布，则杂质将会产生扩散运动，杂质的扩散流密度 J 正比于杂质浓度梯度 C/ x，比例系数 D 定义为杂质在基体中的扩散系数。 1、杂质的扩散方向是使杂质浓度梯度变小。如果扩散时间足够长，则杂质分布逐渐变得均匀。 2、当浓度梯度变小时，扩散减缓。 3、D 依赖于扩散温度、杂质的类型以及杂质浓度等。菲克第二定律
可得
代入第一定律方程则得到第二方程。即杂质在材料
中沿某一方向浓度随时间变化率是由于扩散所引起的。
5、以 P2O5 为例，多晶硅中杂质扩散的方式及分布情况。
由于 P2O5 的晶粒较大，因此主要形成 B 类分
6.分别写出恒定表面源扩散和有限表面源扩散的边界条件、初始条件、扩散杂质的分布函数，简述这两种扩散的特点
如果假设扩散系数 D 为常数，这种假设在低杂质浓度情况下是正确的，则得
解释：菲克第二定律即为一维扩散方程沿扩散方向，从 x 到 x+Δx，面积为Δs 的一个小体积元内的杂质数量随时间的变化情况。设在小体积元Δv=ΔxΔs 内的杂质分布是均匀的。体积元内的杂质浓度为 C(x, t) ，经过 Δ t 时间，该体积元内杂质变化量为，杂质在 x 处的扩散流密度分别为 J(x,t)则在 Δ t 时间内通过 x 处和 x+ Δ x 处的杂质流量差为，假设体积元内的杂质不产生也不消失，

低维纳米功能材料

(2) 在磁学性质方面的应用当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。目前巨磁电阻效应的读出磁头可将磁盘的记录密度提高到1.71Gb/cm2。同时纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3 个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。
1·化学沉淀法化学沉淀法是在金属盐类的水溶液中，控制适当的条件使沉淀剂与金属离子反应，产生水合氧化物或难溶化合物，使溶质转化为沉淀，然后经分离、干燥或热分解而得到纳米颗粒。该法可分为直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法和醇盐水解法。
2.溶胶一凝胶法溶胶一凝胶法是指金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成为氧化物或其他化合物的方法。该方法可实现分子水平的化学控制和介观水平的几何控制，从而得到性能剪裁目的。
分子束外延(MBE) 在众多制备方法中，原子层沉积是当前被广泛使用的一种方法，它可以制备大面积，均匀性很好的薄膜，并且拥有对成膜速度的良好控制。但是，它也有一些缺点，例如为了获得均匀性良好的薄膜，必须在Si衬底上保留一薄层Si02，这一层Si02对等效氧化层厚度的减小无疑是个障碍。由于前驱体的使用，剩余杂质的污染也是一个严重的问题，它不仅会影响器件的稳定性，甚至影响到薄膜的结构特征。

多孔硅激光英文

第26卷　第4期2008年12月贵　州　科　学GU IZHO U SC IENC E Vol.26,No.4Dec.2008收稿日期资助项目国家自然科学基金资助项目(6)作者简介黄伟其,男,贵州大学,教授1多孔硅激光黄伟其,张荣涛,王海旭,金　锋(贵州光电子技术与应用重点实验室,贵州大学　贵州　贵阳　550025)摘　要　我们用波长为1064n m的纳秒脉冲激光在硅表面打出小孔结构,然后再做高温退火处理形成了硅的纳米氧化低维结构1在514nm激光泵浦下,发现该结构在700n m和750n m处有很强的受激辐射发光(P L)1实验中发现:该PL发光有明显的阈值表现和激光增强效应,证明该P L发光确实是光致受激发射1计算給出氧化界面态模型来解释该光致受激发光机理,其中Si=O和Si2O2S的键合可以产生氧化陷阱态,关键在于该氧化陷阱态与价带顶空穴态之间能够形成粒子数反转1为硅基上激光器件的光电子集成研发开辟了新的途经1关键词:光致荧光;多孔硅;陷阱态中图分类号　O472.3 文献标识码　A 文章编号　1003-6563(2008)04-0012-06L ASER O N PO RO US S IHUAN G W ei-qi,ZHANG Rong-tao,WAN G H a i-x u,J I N F eng(Key Lab.of Phot oelectron Technology and Appli ca ti on,Guizhou Uni ve rsity,Guiy ang550025)ABSTRAC T　The p h otol um inescence(P L)of nanocrystal present in porous silicon s hifts fro m t he near infra2red t o t he ultraviol e t depend i ng on the size when the s urface is passivated with Si2H bonds.After oxidati on,thecenter wavelength of P L band is p i nned in the region of700n m～750nm and its intensity inc rease s obvi ously.Ca lcula ti on sho ws that trap electronic st a tes appea r in the band gap of t he s ma lle r nanoc rystal when Si=Obonds or Si2O2Si b onds are for m ed.The change s in PL intensity and wave l ength can be ex p l a ined by both quan2tum confine m ent and trap state s in oxida tion layer of nan ocrysta l.In the t heore tica l mode l,the most i m portantfac t or in the enhancem ent and p inning effec t of P L em ission is the relative position bet ween the l eve l of the trapstate s and the lev e l of the phot oexc itati on in the silicon nanoc rystal.KEY W O RD S　phot olu m inescence;porous silicon;trap st a tes1　I ntroduc ti o nOf all the f or m s of silicon containing nanocrystal,por ous silicon is the one that ha s a ttrac ted the most attention to date[1,2],mostly because of its intense visible photolu m inescence(P L).N u m er ous models have been p r oposed to exp lain its PL.Presently,although a deta iled understanding of the P L ha s yet t o be achieved[2],it is usua lly accep ted that the band gap opens as a result of quantu m confine m ent,which pushe s the P L in the visible band for:2008-02-18:1074002:nanocrystal .P L of nanocrysta l present in por ous silicon can be turned fr om the nea r infrared t o the ultravi olet when the surf ace is passiva ted with Si 2H bonds .After oxida tion,the centerwavelength of P L band isp inned in the r egion of 700nm ～750nm.M.V .W olkin pr opose a model f or exp laining the p inning wavelength eff ect which is r e lated to the trapp ing of an electr on by Si =O bonds tha t p r oduce localized levels in the bandgap of s m aller nanocrystals[3].I n our calculation the Si 2O 2Si bonds or Si =O bonds on the surface of nanocrystal can all pr oduce the tr ap states .I nW olkin ’s model,it is indicated tha t the quantum confine m ent alone can exp lain the P L on por ous nano 2c r ystals lar ger than 3nm (displaying red or orange e m issi on),and the oxidati on of the nanocrystal p lays an i mpor 2tant r ole as the nanoc r ystal size s ar e s m aller than 3nm.B ut it is different in Q in ’s model that t w o c ompetitive pr ocesse s take place in P L in which the oxidati on state s play a m ain r ole as the size of nanocrystal isla r ger than 3nm ,and the quantum confine m ent take s a dom inant affecti on as the size of nanoc r ystal is s m aller than 3nm [4].The 3nm is a c ritica l size in their models .W e think that the 3nm size is not i mportant and the r e la 2tive positi on bet ween the level of the tr ap states and the level of the phot oexcitati on in the silicon nanoc r ysta l is the most i m portant thing in our model .2　Exp e ri m e nta l p rocedureThe sample s used in the study were p repa r ed as f oll ow ing (A )and (B ),respectively .(A ).W e took som e Si of P 2type (100)orientedwafersw ith a 10220Ωc m as the silicon sa mp les .Having been c leaned in a Summ a cleaner (a m ixture of choline and m ethanol ),the silic on sample swer e prepared by anodizingin HF (49%):Ethanol (1∶1.5)for 15m in.Anodizing current density was about 100mA /cm 2.(B ).The silicon sa mp les were p r epared by anodizing in HF (49%):Ethanol (1∶1.5)f or 15m in unde r the ir 2radia tion of a la ser bea m (spot dia m eter :700μm )with 532nm wave length and 20mW powe r .A nodizing current density was about 60mA /c m 2.After etching,a ll sa mp les we r e rinsed in ethanol and then exposed t o air f or seve r al days .Scanning e lec tr on m icr oscopy (EP MA 21600)was used to obse r ve the oxidati on por ous structures on the sam 2ple s .The P L s pectr a of the sa mp les under the 514nm excita tion we r e m ea sur ed by using REN I S HA W R a man Sys 2te m s in which the spot dia m eter of lase r bea m f or exciting can reach t o 1μm.F ig .1(a )and (b )show the i mages of SE M on the sample s (A )and (B ),r e s pective ly .And their P L spectra a r e co mpa r ed in Fig .1(c ).Fig .1(b)shows a kind of condensed r ods structure in the r egion with irradia ting and anodizing on the sa mpleB.It is c lea r that the laser irradiati on makes the por ous layer c r ack,sc r e w and condensate into s om e r ods state .It is the r od that e m itsmore P L than that of the general por ous sa mp les as shown in Fig .1(c )because of increasing surface on the r ods lar gely and inc r easing por osities .3　C a lcula ti o n m e thodF or num erical calculations,we start fr om a supercell built by j oining f our cubic c 2Si cells on the x 2y plane,and then square e mp ty colum ns are dug a l ong the z 2direc tion by r emoving 13centre Si a t om s [5],which pr oduce a weight por osity of about 40%.The sur face dangling bonds are sa tur a ted by using hydr ogen and oxygen at om s,in or der to si m ulate different degrees of sa m ple oxidati on .This pore mode l based on supercells has the advantage of being si mple and e mphasize s the quantum confine m ent ef fect and def or m ati on of the str uc ture .The r e is pref e r entialf [1]y 2y ()22S f S 2T y 2q 2y T DFT y y x 31　4期黄伟其,等:多孔硅激光gr owth o por e s al ong the c r stall ogr aphic directi ons in p t pe 001oriented c i wa ers .o we chose the a bove model .he e lec tronic behavi our is inve stigated in the work b an ab initio non relativistic uantum m echani cal anal sis .he calculati on were carried out b using the local densit appr o i m ation41贵　州　科　学 26卷　51　4期黄伟其,等:多孔硅激光F i g .5　(a )A sha rp d i s tribu ti on m ode l fo r trap s ta te s by contro l ling oxida ti on on po r o usS i i n wh i ch the popu l a ti o n i nve rs i o n o cc ur p roba bly;(b )La se r on P o r o us S i (LDA )and nonlocal gradient 2correc ted exchange 2correla tion f uncti ona l (GG A )f or the self 2c onsistent t otal en 2e r gy calculati on .It is conside r ed tha t both LDA and GG A unde r esti m ate the band gap by 30%250%for sem icon 2duct ors and insulators .The ab initio calculati on in the study have been pe r f or med with the CASTEP code s deve l oped at Ca m bridge U 2niversity,UK,which is considered a s one of the p recise DFT plane 2wave pseudopotential p r ogra m s .The pore sur face is initially saturated by hydr ogen atom s,and during the oxida tion p r ocess they are gr adua lly substituted by oxygen at om s as shown in F ig .2and F ig .3.4　R e su lts and dis cus s i o nW hen nanoc r ystalline Si is oxidized,the Si 2Si or Si 2O 2Si bonds a r e likely to weaken or break because of the la r ge str e ss a t the distorti on surface a s shown in Fig .2(a)and (d)which involves thr ee unsaturated Si 2O 2bonds .Then the Si =O double bond is more likely to be for m ed and stabilize the interface,since it requires neither a la r ge def or m ation ene r gy nor an exce ss e le m ent,while the l ocalized state s are f or m ed in gap obvi ously .Fig .2(b )and (e )show the structure and the density of state s (DOS )in the por e supercell sa tur a ted by t wo Si =O bonds (r e sting one unsaturated Si 2O 2bond ).Fig .2(c )and (f )sho w the str uc tur e and the density of states (DOS )in the pore supe r cell satur a ted by three Si =O bonds (the other dangling bonds be ing satur a ted by hydr ogen a t om s ).On the other hand,the Si 2O 2Si bonds f or m ed on nanocrystalline Si can als o p r oduce the l ocalized states in gap a s shown in F ig .3.Accor ding to the Fourier transf or m infrar ed spec trosc opy (FTI R )[3],the oxide laye r on por ous Si nanocrystal involves the Si =O bonds and the Si 2O 2Si bonds .I n our model,if the Si nanocrystallite is passivated by oxygen,the l ocalized tra p states of electr ons (or even the trapped exciton )may be f or med on the Si =O bonds or Si 2O 2Si bonds .As shown in F ig .4,the model includes t wo syste m s:the left one is a tra p state syste m in the oxidati on layer in which the Si =O bonds and the Si 2O 2Si bonds de ter m ine the trapped electr on state energy which is size inde 2pendent,and the right one is a phot on pump syste m in the Si nanocrystal in which the leve l of the valence band val 2ley depends on nanocrysta l size by quantu m c onfine ment .The position of the tr ap sta tes is in the r egion of 1.5～2.1e V after considering the underesti ma tion of the band gap by the LDA and G G A ca lculation .I ,z f 3,f f L f f f x y f xy y F ()ff f L 61贵　州　科　学 26卷　n the model the critical si e o nm is not i mportant and it is the most i mportant ac t or or P p inning and enhancing that the leve l position o the trap states is l ower than tha t o the electr onic state s o the phot oe citati on in the nanoc r sta l a te r o gen passivit.ig .4a shows the obvious e ects o the P pinning and enhanc ing inwhich the elec tr ons fr om the va lley of the conductor band opened by quantum confine m ent are ra p idly caught into the trap states in gap,then the population inversi on bet ween the top of the valence band and the trap states is thuspossible due to the longer lifeti m e of the tr apped e lec tr ons [3].B ut as shown in F ig .4(b ),the PL p inning and en 2hancing eff ects disappear at all when the level positi on of the trap states is higher than that of the electr onic states of the photoexcita tion in the nanocr ystal .The process in F ig .4(c )is a conversion situa tion of PL pinning and enhan 2c ing in which only a botto m party of oxide states can capture the e lec tr ons in conductor band .After oxida tion,the energy of the oxide sta tes increase s slowly with deceasing of the nanocrystal siz e because of dist orti on which is different fr om the quantum confine m ent [3].For example,the 5n m nanocrystal after oxygen pas 2sivity relate s to about 1.5e V in the energy of the oxide states,and the s m aller nanoc r ysta l (<2nm )t o 2.1e V.The results can exp lain the P L p inning and enhancing effec t in s m aller nanocrystals and the little shift of PL wave length in larger nanocrystals .I n Fig .1(c ),the r ange of the P L band on the nanocrystal passivated with oxygen is fr om 600n m t o 830n m which sho w s that the agreement bet ween experi m ents and the ory is good .W e could make the trap states distribute t o a shar p regi on by contr olling oxidation in irradiation and annea ling a s shown in F ig .5(a)whose laser with three 2level or f our 2level syste m has been realized.Fig .5(b)shows the shar p em issi on sti m ulated in the lase r on por ous Si .5　Conc l u sionI n summ ary,the results in calculati on and expe ri m ent in the paper indicate tha t :(1)W hen the nanocrystal 2line Si is oxidized,the Si 2O 2Si bonds or Si =O bonds can pr oduce the trap states in gap;(2)W hen the band gap of Si nanocrystals opened by quantum c onfinement is w ider than the ga p bet ween the trap state and the valence band,the r ecombinati on of the electr on trapped in oxygen 2related loca liz ed sta tes and the hole on the va lence band (or even trapped exc iton )gene r a tes the P L p inning and enhancing effects;(3)The wavelength distributi on in P L band should be due t o the energy distributi on of the trap sta tes because the P L em issi on co m es fr om the jumping down of the electr ons in the tr ap states;(4)The shar p distributi on of the trap state s f or med by c ontr olling oxida tion in irradia tion and annealing could p r oduce a laser on por ous Si .A cknow ledg m en tThiswork wa s supported by the N ati ona l Na tur a l Science Founda tion of China .R e fe rence s[1]　W.Q .Huang,S .R.Liu 1and Fen J i n 1Sti m ulated em issi on fro m trap e lectroni c state s in oxide of nan ocrysta l Si[J ]1Appl .Phy s .L ett .2008,92,2219101[2]　S .G .Pavl ov,H .W.Hubers,J .N.Hovenier,Silicon donor and st okes terahertz lase rs[J ]1J.L u m in .2006,121,3041[3]　M.V .Wol kin,J.Jorne,P .M.Fauche t,G .A llan,and C.Delerue 1Electr onic sta tes and l um i nescence i n porous silicon quantu mdots :the role of ox ygen[J ]1P hys .Rev .L ett .1999,82,197-2501[4]　G .G .Q i n and G .Q in 1M ulti p le mechanis m mode l for phot olu m ine scence fro m oxidi zed por ous Si [J ]1P hys .Sta tus .Solid A ,2000,182,335-3391[5]　W Q ,S R L 1L X 1S f x f y S []1y ,,53571　4期黄伟其,等:多孔硅激光..H uang ..iu and i u ti m u l a ted em issi on r om trap e l ec tron ic state s i n o ide o nano cr stal i J J.App l .P h s .2007102017。

退火氧化生成的硅锗低维结构的光致发光性质

Ｅ— ｉ：ｗａＩｈｉｕ２＠１３ｃｒｍａｌｒａｘ８ｇ６．ｏｎ
第６期
王海旭，等：退火氧化生成的硅锗低维结构的光致发光性质
定位表征，其中采用了先进的样品倾斜定位法。
２３实验结果．
孔结构表面在７４ｎｎ处有很强的Ｐ２ｌＬ峰，图２如（）ａ曲线所示，发光非常稳定；火２ｉ，且退０ｍｎ后
很好的基础，便于实现硅基上的光电子集成，且较
２实
验
２１样品加工．
砷镓材料有环保上的优势；但是硅和锗是间接带隙半导体，不能较好地发出可见光，只能发出红外光，并且发光效率很低，故限制了它们在光电子领
域中的应用。近十几年来，内外很多工作组为国了提高硅和锗的发光性能，用制作多孔硅的方采
温炉进行２３，５６，０ｒｎ的退火氧化处理。０，０４，０９ｉａ
２２样品检测．
上形成了具有各种ＰＬ发光特性的氧化低维结构，并且发现样品的Ｐ光谱随退火时问的改变Ｌ发生了明显的变化。参照Ｑ和ＱＬ模ＣＣＣ型，我们建立了量子受限一晶体与氧化物界面态综合模型来解释Ｐ发光的增强效应。该实Ｌ
样不是很高，近几年来发现激光辐照氧化和退
火氧化对加工硅和锗的低维结构更为有效和简
捷。目前许多研究表明：无论是纳晶硅、纳晶锗，还是多孔硅发光，发光机理都与氧化硅层其相关［１。６２－］

半导体材料的历史现状及研究进展(精)

半导体材料的历史现状及研究进展(精)半导体材料的研究进展摘要:随着全球科技的快速发展,当今世界已经进入了信息时代,作为信息领域的命脉,光电子技术和微电子技术无疑成为了科技发展的焦点。

半导体材料凭借着自身的性能特点也在迅速地扩大着它的使用领域。

本文重点对半导体材料的发展历程、性能、种类和主要的半导体材料进行了讨论,并对半导体硅材料应用概况及其发展趋势作了概述。

关键词:半导体材料、性能、种类、应用概况、发展趋势一、半导体材料的发展历程半导体材料从发现到发展,从使用到创新,拥有这一段长久的历史。

宰二十世纪初,就曾出现过点接触矿石检波器。

1930年,氧化亚铜整流器制造成功并得到广泛应用,是半导体材料开始受到重视。

1947年锗点接触三极管制成,成为半导体的研究成果的重大突破。

50年代末,薄膜生长激素的开发和集成电路的发明,是的微电子技术得到进一步发展。

60年代,砷化镓材料制成半导体激光器,固溶体半导体此阿里奥在红外线方面的研究发展,半导体材料的应用得到扩展。

1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研制成功,是的半导体器件的设计与制造从杂志工程发展到能带工程,将半导体材料的研究和应用推向了一个新的领域。

90年代以来随着移动通信技术的飞速发展,砷化镓和磷化烟等半导体材料成为焦点,用于制作高速高频大功率激发光电子器件等;近些年,新型半导体材料的研究得到突破,以氮化镓为代表的先进半导体材料开始体现出超强优越性,被称为IT产业的新发动机。

新型半导体材料的研究和突破,常常导致新的技术革命和新兴产业的发展.以氮化镓为代表的第三代半导体材料,是继第一代半导体材料(以硅基半导体为代表和第二代半导体材料(以砷化镓和磷化铟为代表之后,在近10年发展起来的新型宽带半导体材料.作为第一代半导体材料,硅基半导体材料及其集成电路的发展导致了微型计算机的出现和整个计算机产业的飞跃,并广泛应用于信息处理、自动控制等领域,对人类社会的发展起了极大的促进作用.硅基半导体材料虽然在微电子领域得到广泛应用,但硅材料本身间接能带结构的特点限制了其在光电子领域的应用.随着以光通状态所需的能量。

低维纳米材料的制备与性能研究

低维纳米材料的制备与性能研究随着科技的发展和人类对材料的不断探索，一种新型的材料正在逐渐走进我们的生活——低维纳米材料。

低维纳米材料是指结构在纳米级（即10^-9米）下只有一到二维，具有独特的物理、化学性质和生物学性质，被认为具有很大的应用前景。

这篇文章将讨论低维纳米材料的制备方法以及其性能研究。

一、低维纳米材料的制备方法1. 剥离法剥离法是低维纳米材料制备中最常用的方法之一，根据材料层次结构的差异性，采用力学、化学或化学力学剥离方式，通过分离出晶体层制备低维纳米材料。

目前剥离法中最常用的是机械剥离法和化学剥离法。

机械剥离法通常是将原始多层晶体通过针尖或硬刮刀等物理手段剥离分离成单层或多层块晶；而化学剥离法则是通过特定的溶液处理原始材料，将层数少的晶片分离出来。

这种方法在实验室中操作简单方便，但是存在成本较高、层数难控制等问题。

2. 化学合成法在化学合成法中，晶体生长是通过控制溶液中前驱体的浓度、酸碱度等因素来实现的，这些因素能够影响晶体胶体的性质、结构以及形态。

常用的化学合成方法包括热分解、沉淀、共沉淀、水热法等。

其中水热法作为一种比较优秀的合成方法，可以制备出纳米晶、有序的纳米线和纳米棒等一系列的低维纳米材料。

通过调控合成条件（如反应时间、反应温度等）和溶液成分，可以使低维纳米材料的形状、尺寸、晶体结构等各种物理性质发生变化，从而满足不同的实际应用需求。

3. 微电子加工技术微电子加工技术是一种现代的制备低维纳米材料的方法。

通过利用处理光刻仪、化学气相沉积等技术特点，能够在大量均匀的硅基片表面制备出非常薄的膜，因此在这种方法中，低维纳米材料常常是由无机材料制成的。

因此，微电子加工技术制备的低维纳米材料通常要经过功能化处理，使之具有特定的物理、化学性质和生物学性质，从而可以发挥其广泛的实际应用价值。

二、低维纳米材料的性能研究低维纳米材料作为一种新型结构的材料，其物理化学性质也与普通的材料截然不同。

纳米硅的光致发光机制

众所周知，通硅的禁带宽度仅１１ｅ发光效率很低普．２Ｖ，（０１）一般认为不能用作可见光区光器件材料，以在光电，所
子学领域中的应用有限。但在１９９０年，ａｈｍＥ在室温下发Ｃｎａ１］
是对于与空气接触甚至被加热或氧化的样品，米结构会被纳ＳＯｉ２所包覆］。一般认为由于量子限制导致的纳米硅能带结
ＰＡＮｎｚｅＸＵｉｇＨｏｇｈ，Ｍｎ
（ｎｔｕｅｏｏｉｔｔｈｓｓ＆ＳｈｏｏｈｓｓａｄＥｅｔｏｉＥｇｎｅｉ，ｉｕｎＮｏｍａＵｎｖｒｉ，ｈｎｄ１０８ＩｓｉｔｆｌＳａｅＰｙｉｔＳｄｃｃｏｌｆｙｉｎｌｒｎｃｎｉｅｒｇＳｃａｒｌｉｓｙＣｅｕ６０６）Ｐｃｃｎｈｅｔｇ
是硅材料，很容易与现有硅技术兼容，可弥补普通硅材料不能有效发光的缺点，预示着用纳米硅制备光电器件进而实现全硅光电子集成的美好前景，未来光电子器件及整个光电子学领域对的发展将会产生不可估量的影响。正因为如此，人们对纳米硅发光机制一直进行着不懈的研究和探讨，出了许多种解释纳提米硅发光的模型，各个模型都只是针对某些特定的实验现象但
点对不同制备条件及后期处理条件下的纳米硅的发光机制做了评述和总结，对目前研究状况中存在的问题及发展并
前景进行了分析。
关ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ键词多孔硅纳米硅发光机制量子限制效应

纳米非晶硅薄膜的界面发光特性

，河北省自然科学基金资助项目(批准号:E2006000999 ,E2004000119) i 通信作者 Email:dwg) 2006-12-11 收到， 2006-12-18 定稿
) 2007 中国电子学会
92
半导体学报
第 28 卷
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
结果与讨论
大量 Si 悬键，这些悬键构成的非辐射复合中心也将会对其发光特性产生重要影响.
射[4^ 3， [ -7 但是其较低的发光效率远不能满足实用要
求. 因此，如何提高纳米硅镶嵌结构的发光效率已成为当前所面临的首要问题. 事实上，当前制约纳米硅发光效率提高的主要原因在于，对纳米硅镶嵌结构发光机制认识不足，找不出制约纳米硅发光的真正原因. 由于纳米硅镶嵌结构独特的结构特性，纳米硅的发光不仅仅与纳米硅本身有关，米硅与 a纳 SiNx:H 基质的界面特性也将对发光过程产生重要影响. 同时，由于 a-SiNx: H 基质本身存在的辐射复合中心也贡献于薄膜的发光，从而使得纳米硅镶嵌结构薄膜的发光机制更加复杂. 因此，采取合适的手
第 28 卷增刊 2007 年 9 月
半
导
C H IN E SE J O U R N A L
体 F M N o SE学I C O报D U C T O R S
Vo1.28 Supplement
Sep . , 2007
纳米非晶硅薄膜的界面发光特性 ‘
傅生张勇丁革吕芹于威广卞江文雪
图 1 为不同氢稀释比三个样品的光吸收谱. 可以看出，吸收谱存在着明显的指数吸收边，并且在吸收边的低能部分出现一个吸收平台，即次带吸收. 随着氢稀释比的增大，样品的吸收边逐渐蓝移，次带吸收逐渐减弱. 吸收边的蓝移意味着薄膜的带隙增大，这可能是由于随着氢稀释比的增大， SiH。氢对稀释的作用增强，薄膜中 N 含量增加，纳米硅颗粒尺寸减小，从而引起纳米硅量子限制效应增强的结果. 而次带吸收反映的是纳米硅的表面态和缺陷态密度，缺陷越多，次带吸收的带尾越高，因此，次带吸收的减弱表明，随着氢稀释比的增大，薄膜中的缺陷得到了有效的钝化，纳米硅与 a-SiN二基质的界面特性得

纳秒脉冲激光制备的纳米硅光致发光研究

ａ，０１。这些能级在Ｐ１２１）．Ｌ发光中起到了不可忽
孔硅的光致荧光（ａｈｍ，ｔａ．１９）为实现信Ｃｎａｅ１，９０，息处理的光电子集成带来了希望。因此，们对纳人
米硅的光致荧光有了很大的兴趣，在理论和实验并
ＰＬ特性的物理模型是十分重要的，为建立真正的它发光模型奠定了基础。在本课题组以前的研究中已
指出氧和氮的钝化键能在纳米硅展开的带隙中引入
局域电子态能级（ｕｎｅａ．００ｕｎ，ｅＨａｇ，ｔ１，２１；Ｈａｇｔ
仍未达成一致的认识。因此能找到一个能准确解释
１引言
硅是微电子器件的主要原料材之一，硅的间但接带隙结构使得硅的发光效率很低，利于硅在光不
电子技术领域的运用。１９９０年Ｃｎａｍ报道了多ａｈｎ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＴｈｒｓａｓｒｎｎｓｌｏａｏｒｓａｓｐｒｐａｅｙｎｓｐｕｓｄｌｓｒｕｄｒｔｅｏｙｅｅｅｉｔｏｇＰＬｉｉｃｎｎｎｃｙｔｌｅｒｄｂｌｅａｅｎｅｈｘｇｎ，ａｒｏｉｒ — ｉｉｒｎｔｏｇｎＡｆｅｕｓｉｎｄ — ｏｖｌｔｏｆｔｅＰＬｓｅｔａｈｓｂｅｅｆｒｄ，ｄｆｅｅｔＧａｓｉｎｐａｓａｂ— ｅ．ｔｒＧａｓａｅｃｎｏｕｉｎｏｈｐｃｒａｅｎｐｒｏｍｅｉｒｎｕｓａｅｋｃｎｂｅｏｔｉｅａｎｄ，ｂｃｕｓｈｒＥｏａｉｅｔｔｓｒｌｔｄｔｘｇｎａｄｎｔｏｅｎｂｎａｆｓｌｏａｏｒｓａｓｐｒ — ｅａｅｔｅｅａｅＬｃｌｚｄｓａｅｅａｅｏｏｙｅｎｉｇｎｉａｄｇｐｏｉｉｎｎｎｃｙｔｌｅｒｃｐｒｄｕｄｒｏｙｅａｅｎｅｘｇｎ，ａｒｏｉｏｅｉｒｎｔｇｎ．Ｃｏｉｉｇｗｉｈａｃｌｔｎｒｓｌｓｒｍｂｎｎｔｔｅｃｌｕａｉｅｕｔ，Ｗｅｆｕｄｔａｏａｉｅｔｔｓｉｔｏｈｏｏｎｈｔｌｃｌｄｓａｅｎ — ｚｒｄｃｄｂｉ＝０ｎｉＮｎｓｌｃｎｎｎｃｙｔｌｋｏｔｉｕｉｎｓｔｈｅｓｉｎ．ｕｅｙＳａｄＳ — ｉｉｉｏａｏｒｓａｓｍａｅｃｎｂｔｏｏｔｅＰＬｍｉｓｏｒＫｅｙｗｏｒ：ｎａｏｓｌｃｎ，ＰｓｃｒｄｓｎｉｉｏＬｐｅｔａ，ｌｃｈｚｄｓａｅｏａｅｔｔｓ

【国家自然科学基金】_pl光谱_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803

受主能级发光谱反应磁控溅射半导体量子点半导体材料包覆助熔剂共混体系共沉淀光致荧光光致发光谱光致发光性能光致发光(pl) 光电性能光电催化光学特性光学性质光学性能光催化先驱体法低维纳米结构亚微米棒阵列二维电子气三线态激子发光三基色 ⅱ型量子阱 zno纳米针 zno∶ag薄膜 y2o2s:eu3 x射线衍射 xrd xps tio2 sral2o4:eu2+,dy3+ sio2基质 si/ge多层膜 raman散射 p型掺杂 ppv薄膜 pl谱 p-mbe mocvd mgxzn1-xo薄膜 lu2o3:eu薄膜 ligao2 ingan inas/gasb hall效应 h2还原法 gd2o2s gan薄膜 ga2o3薄膜 cdte量子点 cds纳米晶
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106
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2011年博士点基金名单(新教师类)

申请学校东南大学山东大学中国海洋大学武汉大学华中科技大学中南大学中山大学中山大学华南理工大学四川大学四川大学西南大学重庆大学
申请人李铁香纪广华岳跃利吴远山刘显明周岳杨志景苑占江张梅胡文传张加劲张双虎张志民
学科组名称数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学
2011年度高等学校博士学科点专项科研基金资助课题名单（新教师类）
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 课题编号 20110001120111 20110001120112 20110001120113 20110003120003 20110009120025 20110031120001 20110031120002 20110031120003 20110032120074 20110041120038 20110041120039 20110061120003 20110061120004 20110061120005 20110061120006 20110071120001 20110071120002 20110071120023 20110072120008 20110073120068 20110073120069 20110076120002 课题名称几个带周期边值条件的非线性发展方程的 Cauchy问题非线性Dirac方程的计算和分析大规模稀疏模型的快速算法以及高维非凸稀疏模型的理论分析树的剪切以及随机树的尺度极限微分动力系统与奇点相关的大范围性质及其应用解析挠率中的几个问题的研究组合多项式的对数凹与单纯复形相依风险模型中的渐近理论及其应用热弹性网络系统的稳定性分析 II1型因子中的若干问题几类矩阵锥优化问题的增广拉格朗日方法二阶振动方程的周期解与稳定性基于秩的稳健经验似然基于随机矩阵理论的高维典则相关分析齐次型的华林问题及其对Jacobi猜想的应多参数正则化方法的理论和计算研究参数化平行平均曲率子流形的Bernstein 问题和Chern问题的研究两阶段抽样设计中数据分析的经验似然方新型网格缩减基与球型解码算法及其应用关于格路及其均匀分布的研究正交约束优化问题及其应用 GL（2）的可容许Banach表示研究申请学校北京大学北京大学北京大学北京师范大学北京交通大学南开大学南开大学南开大学天津大学大连理工大学大连理工大学吉林大学吉林大学吉林大学吉林大学复旦大学复旦大学复旦大学同济大学上海交通大学上海交通大学华东师范大学申请人郭紫华邵嗣烘贾金柱何辉朱圣芝苏广想王星炜李津竹韩忠杰房军生肖现涛梁树青刘天庆姜丹丹刘大艳陆帅杨翎郁文许威马俊文再文谢兵永学科组名称数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学课题类型新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类资助额度（万元） 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

激光辐照单晶硅样品的研究

第23卷第1期2007年8月山西大同大学学报(自然学科版)J ournal of Shanxi Dat ong Univers i t y(Nat ural Science) Vol.23.No.1Aug.2007激光辐照单晶硅样品的研究许　丽1,黄伟其1,2,辛　荣1(1.贵州大学贵州省光电子技术与应用重点实验室,贵州贵阳550025;2.贵州教育学院物理系,贵州贵阳550003)摘　要:将功率为30W 、波长为1064nm 的Y A G 激光束(束斑直径0.045mm)照射在硅样品表面打出小孔,在孔内的侧壁上有很特殊的网孔状结构,其中的网孔壁厚为纳米尺度,解释孔侧壁网孔状结构的机理.孔侧壁上的网孔状结构有很强的受激荧光发光效应,发光峰中心约在700nm 处.当样品在加工和检查过程中保持脱氧状态时,其样品几乎没有发光,证实了氧在PL 发光增强上起着重要作用.我们用量子受限及其纳晶与氧化硅界面态复合的综合模型来解释其光致发光的增强机理关键词:激光辐照　网孔壁　光致荧光增强中图分类号:TN249 文献标识码:A 文章编号:167420874(2007)0120024204 微电子和光电子器件是现代信息技术的硬件.半导体硅是当前制备微电子和光电子器件最重要的材料.但是由于其接间带隙的能带结构和弱的发光,限制了在光电子器件方面的应用[122].因此硅发光特性的研究成为半导体和光电子科学领域中世界范围的研究热点.自20世纪90年代Canham 的文章[3]报导了多孔硅样品在室温下强的光致发光以来,人们采用电化学和光化学手段生成各种结构的多孔硅和纳晶硅样品,发现多孔硅发光乃至各种硅纳晶结构的发光有很高的效率,可以与直接能隙的半导体相比,这就可以实现硅基的集成光电子技术.近年来,虽然采用电化学和光化学手段生成各种结构多孔硅和纳米硅样品的发光增强,但由于化学浓度、电流密度、加工时间和表面钝化方式等诸多因素都会影响样品的质量,从而给发光机理的分析和相应的技术开发代来难度[4].本文用单纯激光加工生成多孔硅和纳晶硅样品的方法,观察和分析了样品中的低维纳米结构、氧化分布及其发光特性.1　实验在实验中,我们采用波长为1064nm 、功率为30W 的YA G 激光直接辐照电阻率为10—20Ωcm P 型的单晶硅样品的方法能够加工出更好的低维量子结构硅样品.先对样品作预处理:用酒精清洗样品表面,用氢氟酸溶液(N H 4F (49%):HF =10:1)清除样品表面在大气中生成的天然氧化物,再用去离子水浸泡30s.吹干后,把硅样品放在聚焦处,用YA G 激光束(束斑大小约0.045mm)辐照硅样品.由于激光功率随电流大小的改变而改变;同时在空气中传输的过程中,由于各种原因也可以造成激光能量损失.所以我们把激光器电流调到19.6A ,最后到达硅表面的激光功率大约为24W.将单晶硅样品作预处理后,激光在空气中辐照的时间分别为1s ,2s ,3s ,4s ,5s ,6s ,7s ,8s ,9s 和10s ;将分别浸入酒精、氢氟酸和水中的样品进行激光辐照,辐照的时间分别为1s ,2s ,3s ,4s ,5s ,6s ,7s ,8s ,9s 和10s ,在保持浸泡状收稿日期2525基金项目国家自然科学基金资助项目[56]作者简介许丽(2),女,山西大同人,在读硕士,研究方向半导体发光特性:200702:104700:1979:.态中检测样品的PL发光.这样,将激光与硅样品的作用过程和检测过程均隔离于无氧化的环境中.2　结构分析用电子扫描探针(EPMA21600型,日本岛津公司制造)的扫描二次电子和背散射电子成像技术观察与分析样品的表面形貌结构.我们发现激光束照射单晶硅表面后,在硅样品表面打出小孔,孔洞的线径约45微米,孔洞深约150μm(如图1(a)所示);同时我们观察到:在空气中,激光辐照硅样品表面小孔的内侧壁上形成了网孔状结构(如图1(b)所示),直径大约0.8μm的孔洞由几纳米的壁层相隔开,网孔状结构的壁由大量被氧化硅所包裹的纳米硅组成.在一定的功率下,改变激光辐照的时间,我们发现不同时间下加工的样品,其孔洞侧壁上网孔状结构的壁厚随着激光辐照时间的增大而壁越来越薄.(a)激光束在单晶硅表面打出的孔洞,孔洞的线径约4μm5,孔洞深约150μm.(b)小孔的内侧壁上形成了网孔状结构图　样品的表面形貌结构图用Y G激光轰击单晶硅样品时,在样品的表面形成一个小孔.激光与硅材料相互作用形成电离高密度气状电子—空穴对等离子体或自由载流子等离子体.等离子体受到微小扰动后,电子与离子局部的迁移形成内部的电场和磁场,在内部的电磁场作用下,形成电子2空穴对等离子体振荡[7210].在等离子体中的电子受到电磁场的恢复力和热压强,使电子2空穴对等离子体的振荡被传播,形成电子等离子体波[9210].等离子体波的频率[9]:ω2=n0e2m eε0+3T e K2m e=ω2p e+3T e K2m e等离子体波的频率由电子的密度n0,电子的质量m e和电子的温度T e来决定,而电子的密度n0和电子的温度T e随激光脉冲辐照能量的改变而改变.控制激光加工的功率和时间等参量,使等离子体波的波长对于孔洞线径尺寸满足谐振条件.在孔洞中便有等离子体波的谐波产生,其等离子体波的驻波在孔洞侧面上形成的驻波波节线便构筑起网孔状结构的纳米网孔状壁.3　光谱分析用英国R EN IS HAW公司的RAMAN光谱仪测量样品网孔状结构所对应的光致荧光谱(PL),波长为514nm的激光会聚至1μm直径的束斑可定位于该网孔状结构处来测量光致荧光谱.图2　样品的光致荧光谱图从图2可知,在空气里加工样品的光致荧光谱,在功率一定的条件下,样品的PL发光的强弱随激光加工时间改变而改变;我们发现:激光加工时间在9s左右PL发光最强,但光致荧光发光峰的频率位置并不改变,该发光峰的位置约在波长处, L峰在V附近一个小的能量区内并用电子扫描探针的元素线分布分析技术测量样品的表面形522007年许　丽:激光辐照单晶硅样品的研究 1 A700nm P 1.7e.貌对应的成份分布,如图3所示.注意到孔中的氧含量分布增多.图4所示,将硅样品浸入酒精、氢氟酸、水和空气中的激光加工样品PL 发光的比较.浸入酒精和氢氟酸中用激光加工的硅样品表面基本没有氧化,故几乎没有PL 发光;而在水中用激光加工的硅样品表面情况较复杂,因为水分子H 2O 里还有氧原子,在激光辐照下水分子发生分解 2H 2O =2H 2+O 2释放出少量的氧,故仍有较弱的PL 发光.这个结果验证了氧在PL 发光增强上起着重要作用.由于采用单纯的激光加工样品,改变激光加工的条件,虽然网孔状结构的尺寸随之改变,但PL 峰位置并没有改变;激光加工的样品孔洞侧壁上网孔结构的光致荧光峰比电化学加工的样品的光致荧光峰大约大两个数量级以上[11212];而单纯用激光加工样品的过程中没有化学元素的影响;这表明用表面吸附态和量子受限效应很难解释光致荧光峰的增强效应,[2]因而光致荧光发光的增强效应不是来自单纯氧化硅,也不是来至纳米硅粒,而是来自硅纳晶与氧化硅的界面处电子在该系统中的量子受限能隙E co n fined gap 可表为[11212](SI 单位制) E co n fined gap =E bu lk gap +3h 2/8(1/L 2).式中,h 是普朗克常数,L 是硅晶网孔隔墙的厚度,E bulk g ap 是块硅晶的本征能隙1.12eV.第二项为量子受限项,使能隙宽度增加了0.98eV 以上.L 大约是几个nm ,这与实验结果同数量级.硅纳晶与氧化硅界面态的分布中心位于带隙的上边带之下方0.4eV 处(这与实验结果相拟合).光致激发跃迁到导带的电子中的大部分被界面态所俘获.显然,这种在界面态中的亚稳电子的受激发光谱分布结构应该是以1.7eV 为谱峰中心、两边分布与界面态的分布相同的结构.这样,能够与实验结果相一致.我们用量子受限及其硅纳晶与氧化硅界面态复合的综合模型来解释光致荧光谱增强效应,可用图5来描述.图5　量子受限及其硅纳晶与氧化硅界面态复合的综合模型图这个模型能够解释量子受到限制效应中的无频移问题.而PL 谱的分布也可以用界面态的分布来解释.4　结论首次采用单纯的激光加工法在单晶硅样品上生成低维量子结构,发现在样品表面的孔洞侧壁上的网孔结构有很强的光致荧光发光效应.比较了用电化学和光化学方法生成的多孔硅与纳晶硅样品的结构及其发光特性,从实验加工条件和理论模型分析上找出样品的光致荧光发光增强效应的根源.我们用量子受限模型结合氧化硅膜与硅晶的界面态模型能够很好地解释光致荧光的增强效应、L 谱峰的固定频率效应和谱峰的展宽分布规律62 山西大同大学学报(自然科学版) 2007年1114.P .参考文献[1]夏建白.硅发光研究[J ].半导体学报.1998,19(5):1132116.[2]陈坤基.前言[J ].南京大学学报(自然科学),2005,41(1):123.[3]Ca nham L T.Silicon qua ntum wire a rray fa brication 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r ir radiation ;hole 2net str ucture ;p hotoluminesce nce enhance ment722007年许　丽:激光辐照单晶硅样品的研究。

脉冲激光加工时间对硅量子点发光影响论文

脉冲激光加工时间对硅量子点及其发光的影响中图分类号：tn249 文献标识码:a 文章编号：1007-0745（2011）11-0046-02摘要：用yag 激光束照射硅样品表面形成小孔，在孔内的侧壁上出现较规则的网孔状结构；用拉曼荧光光谱仪检测该结构有很强的光致荧光，其强度比样品的瑞利散射强，加工时间不同其强度有明显的差异，当激光辐照时间为9ｓ时，孔洞侧壁上的网孔状结构较稳定，且有较强的光致荧光，本文解释了pl峰较强的形成机理，认为氧化程度（主要是si=o双键的数目）在其中起重要作用。

在无氧化的环境里用激光加工出的硅样品几乎无发光，这证实了氧确实在光致荧光增强上起着重要作用。

用冷等离子体波模型来解释孔侧壁网孔状结构形成的机理，并用量子受限-发光中心模型来解释纳米网孔壁结构的强荧光效应。

关键词：激光辐照纳米结构局域态氧化1 引言单晶硅是现代半导体器件和大规模集成电路的支柱。

然而，硅的禁带宽度(约为1.12ev)窄小，又是间接带隙，这就限制了硅基材料在光电子器件中的应用。

自从1990年canham 发现多孔硅室温下强光致发光现象以来，许多专家学者用不同的方法形成硅基上的低维结构来模仿多孔硅的发光，并成功获得多孔硅稳定、肉眼可见的蓝光发射[2]，这一发现为多孔硅的全硅光电子集成带来了希望。

在应用方面，人们已初步研制出多孔硅发光二极管、多孔硅光电探测器等。

但对纳米硅基材料发光机理却众说纷纭，出现了各种各样的物理模型，各有优缺点。

总体上看，目前主要存在以下五种发光机理解释模型：(1)量子限制发光模型；(2)界面层中的激子效应发光模型；(3)与氧有关的缺陷发光模型；(4)量子限制效应—发光中心发光模型；(5)直接跃迁发光模型。

目前,迫切需要解决的问题是在硅样品上生成稳定的低维结构并有较强且稳定的pl 发光。

最近的研究表明:无论是纳米硅晶发光还是多孔硅发光，其发光机理都与氧化硅层相关, 即所谓的纳米硅晶的光泵作用与氧化硅层发光中心的亚稳态激射。

纳秒激光加工生成网孔硅的发光

ＰＬ发光，各样品的Ｐ且Ｌ峰很相似。通过第一性原理计算，现各种网孔结构表面的成键类型与密度是形成Ｐ发Ｌ发光增强的关键，由此提出相应的物理模型。并
关键词：光致荧光，多孔硅，阱态陷
（ｎｔｕａｏＰｏｎＰｙｉ，ｕｈｕＵｉｒｔ，ｕｙｎ５０５Ｃｉａ；ｎｔｕＧ。ｈｍｓｙＩｓｔｔｏＮｎ — ｈｔｈｓｓＣｉｏｎｅｉＧｉｇ５０２，ｈｎＩｓｔｔｉｅｆｏｃｚｖｓｙａｉｅｅｃｅｉｒ，ｔ
ＣｉｓＡａｅｙｏＳｉｃｓＧｉｎ５０３，ｈｎ）ｈｎｅｃｄｍｃｎｅ，ｕａｇ５００Ｃｉａｅｆｅｙ
ＡｂｔａｔＭｅｈｓｃｎｂｏｍｅｙｎｎｓｃｎａｅｒｄａｉｎｏｉｃｎｓｍｐｅｎｔｅｏｙｅｓｒｃ：ｓｅａｅｆｒｄｂａｏｅｏｄｌｓｒｉａｉｔｎｓｌｏａｌｓｉｈｘｇｎ，ｎｔｇｎａｄｒｏｉｉｏｅｎｒ
Ｋｅｒｓ：ｐｏｏｕｎｓｅｃ，ｐｒｕｉｃｎ，ｔａｔｔｓｙｗｏｄｈｔｌｍｉｅｃｎｅｏｏｓｓｌｏｉｒｐｓａｅ
面时，能量约损失３０％，它存在间接跃迁能带结且
１引言
半导体硅材料以其丰富的资源、秀的物理与优
熟的半导体材料，是目前在所有材料中被研究的也

YAG激光辐照下单晶硅表面结构变化的研究

构，包括用不同功率的连续激光和脉冲激光加工样品，从物理层面上弄清氧化低维纳米结构的生成机理，分析激光与硅材料的相互作用过程，建立激光诱导的冷等离子体波作用模型，从而指导激光优化加工的过程，使我们得到稳定的低维量子结构。
２理论分析
激光与材料相互作用，对材料表面起作用的主要是电子，当光强度达到或超过固体的光击穿阈值
Ｍａ．２７ｙ００源自文章编号１０００—５６（０７００６ — ４２９２０）３— ２１０
ＹＡＧ激光辐照下单晶硅表面结构变化的研究
许
摘
丽，黄伟其
（州大学贵州省光电子技术与应用重点实验室，贵州贵阳５０２）贵５０５
时，激光电场将诱导固体里的分子、原子被电离，释放出大量的自由电子和离子，形成电离高密度气状等离子体、。对激光辐照硅样品过程的分析，对未加工的硅样品而言，样品中的载流子少。当我们用ＹＧ激光Ａ
照射到硅样品表面时，到达硅材料表面的激光功率密度达到硅材料的光击穿阈值时，激光照射的光能量
Ｎ（）兰Ｎ（）ｘ（ｔ０ｅｐ ∥
～
来计算。Ｎ（）初始电子数密度，，为雪崩时间常数。随着硅样品内电子一空穴对密度增加到１０为ｒ０
ｃ时，激光的照射可以使硅材料电离，形成电离高密度气状电子一空穴对等离子体或自由载流子等ｍ离子体［。由于等离子体受到微小扰动使局部区域内出现了电子过剩的负电区域，同时也会相应地出４］

2021年物态调控重点研发指南

2021年物态调控重点研发指南一、引言近年来，随着科技的不断发展和全球经济的日益全球化，物态调控作为一项重要的研究领域备受关注。

2021年，物态调控的研发指南将成为科研人员和相关产业的热门话题。

本文将深入探讨2021年物态调控的重点研发内容，并分析其在未来发展中的作用和影响。

二、物态调控的定义和意义1. 物态调控的概念物态调控是指通过调控物质的结构和性质，实现对物质状态的精确控制的技术和方法。

它涉及材料科学、化工、电子、光学等多个领域，具有广泛的应用前景。

2. 物态调控的意义物态调控技术的发展对于提高材料的性能、推动科技创新、促进产业升级都具有重要意义。

在新材料、新能源、生命科学等领域，物态调控的应用将极大地拓展人类的科技边界。

三、2021年物态调控的重点研发内容1. 高性能功能材料的设计与制备在2021年，高性能功能材料的研发将成为物态调控的重点之一。

这涉及到新材料的发现与设计、制备工艺的优化等方面。

新型电池材料、光学材料、磁性材料等领域的研究将引起高度关注。

2. 低维纳米结构材料的探索与应用随着纳米技术的发展，低维纳米结构材料的研究也成为了物态调控的热点之一。

这类材料具有独特的性能和应用前景，如二维材料、纳米线、纳米片等，将在电子学、光电子学、传感器等领域展现出巨大潜力。

3. 光电功能材料的优化与应用光电功能材料是当今科技领域的关键材料之一，其在能源、通信、显示等方面的应用日益广泛。

2021年的物态调控研发中，光电功能材料的优化将受到更多关注，特别是在光伏材料、光控材料等方面的研究。

四、总结与展望2021年物态调控的重点研发指南囊括了高性能功能材料、低维纳米结构材料和光电功能材料等多个领域。

这些研究内容的深入将为科技创新和产业升级带来新的机遇与挑战。

希望本文的介绍能够为各位科研人员和产业界人士提供一定的指导，共同推动物态调控技术的发展，为人类社会的进步贡献力量。

个人观点与理解物态调控的研究及应用在当今科技领域具有重要意义。

纳米技术在光学领域的应用

纳米技术在光学领域的应用王蒙（长春工程学院理学院吉林省长春市邮编130026）摘要:随着科学技术的不断发展，纳米技术在日趋成熟。

纳米技术在许多领域都发挥着重要的作用，如应用纳米科学技术可以引发光电子、微电子、环保等诸多领域的革命，推动社会经济的腾飞；而纳米电子学、纳米光电子学和纳米光子学将成为21世纪信息时代的关键技术。

由于纳米半导体光电子材料蕴藏着许多新的物理信息和可资利用的独特功能而具有极其广阔的发展前景。

它是半导体光电子材料的一颗新星。

它的出现，意味着半导体光电子材料向低维化方向发展。

关键词:纳米技术；光学；纳米材料；光电材料；半导体。

引言半导体光电子材料经过几十年的发展，已经成为在国民经济和军事等领域得到广泛应用、充满生机的一类电子信息材料。

在信息化时代加速了该材料的升级，使它更加异彩纷呈，引人瞩目。

在20世纪90年代全球掀起的纳米科技浪潮推动下，纳米半导体光电子材料、纳米磁性材料、纳米陶瓷材料和纳米生物材料等纳米材料应运而生。

纳米材料是指尺寸为1～100nm的各种固体材料。

纳米半导体光电子材料是纳米材料家族中的重要成员，它的崛起是光电子材料发展的一次新的飞跃，成为发展新特性、新效应、新原理和新器件的基础。

当半导体光电子材料的尺寸减小到纳米量级时，其物理长度与电子自由程相当，载流子的输运将呈现量子力学特性，宏观固定的准连续能带消失而表现出分裂的能级，因而传统的理论和技术已不再实用。

纳米半导体光电子材料技术是一种多学科交叉的科学和技术，该领域充满了巨大的创新机会和广阔的发展前景。

1.关于纳米的概述1.1:纳米的概念纳米是一种长度度量单位，1纳米等于10亿分之一米( 1nm=10-3μm=10-9m）相当于头发丝直径的10万分之一。

1.2:纳米技术纳米技术是指在原子分子层次上对物质精细的观测识别与控制的研究与应用，它将对于21世纪的信息科学、生命科学、分子生物学、新材料科学和生态系统可持续发展科学提供一个新的技术基础，这将引起一场产业革命，其深远的意义堪与世纪的工业革命相媲美，它包括的领域甚为宽广。

激光加工创新训练_湖南大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

激光加工创新训练_湖南大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.下列表述正确的有：参考答案:激光精雕操作时，切割和扫描采用线条的颜色来区分的。

_激光精雕操作时，可以采用自动对焦，也可采用手工对焦。

2.在进行非金属切割时，如果发现没有切透，在不动材料位置的前提下可以再次进行切割。

（）参考答案:正确3.关于激光内雕，下面的陈述是正确的是（）。

参考答案:在水晶里可以完成艺术文字的雕刻。

_在水晶里可以完成数码照片的雕刻。

_在水晶里可以完成立体图形的雕刻。

4.激光内雕的原理主要是利用激光的哪个特征。

参考答案:相干性5.激光焊接机水冷系统的冷却水可以是（）。

参考答案:蒸馏水6.世界上第一台激光器是（）年研制出来的。

参考答案:19607.光学谐振腔是由两块聚焦镜构成的（）。

参考答案:错误8.激光器的结构包括（）。

参考答案:光学谐振腔_工作介质_泵浦源9.本节课介绍的激光精雕机精度高主要体现在哪些方面？参考答案:解析度_重复定位精度_最小切割线缝10.（）时期以后，宫灯技术广泛传入民间。

参考答案:隋朝11.本课程中用到的印章制作设备是（）。

参考答案:激光雕刻切割机12.激光的特征有（）。

参考答案:单色性好_相干性_高能量_方向性好13.适合激光雕刻的材料包括（）？参考答案:玉石_亚克力_皮革_木板14.激光打标橡胶等低硬度材料时，推荐的电流是（）参考答案:7A-10A15.印章对书画作品起到哪些作用：（）参考答案:活跃气氛_给作品增色_平衡布局16.激光精雕机的结构包括：参考答案:冷却系统_光学系统_控制系统_运动系统17.激光被喻为最快的刀，最准的尺和最亮的光。

（）参考答案:正确18.激光精雕机的操作包括几部分？参考答案:软件部分操作_机械部分操作19.激光精雕机可加工的材料有：参考答案:玉石_木板_橡胶_塑料20.在autoCAD软件中，切割线的线条宽度应设置为：参考答案:０ｍｍ21.本课中的激光精雕机的工作界面为：参考答案:700*500mm22.龙舟节指的是哪个节日（）。