多孔硅简介

多孔硅的发光机理——非晶发光模型
多孔硅中含有较多的氧，形成无序混合相 ，其发光光谱与非晶硅相似。多孔硅产生非 晶硅的可能性有两种解释：一是多孔硅晶格 常数比衬底硅大，会产生较大应力；多孔硅 晶粒表面应力引起无序变化。第二种是自然 氧化过程也会在多孔硅表面引起应力。
多孔硅发光机理——与表面相有关的发光模型
1.SH2模型 红外吸收光谱表明，多孔硅表面存在SH2,升温 退火可解吸，HF浸泡又可恢复。这些变化与多 孔硅的荧光谱有对应关系，所以认为发光是由 SH2引起的。 2.表面吸附分子发光模型 认为多孔硅巨大的表面积所吸附的某些成分是 荧光的原因，例如氢、氟、氧、碳等。而这些 成分都被证明存在多孔硅表面。
多孔硅的制备
1.单槽电化学制备多孔硅 具体做法是先用真空溅射的方法在清洗好抛光
的硅片背面溅射一层金属铂膜作为电极。 再按照图 所示的方法将直流稳压电源、硅片、电流表、阴极 串联成通路，打开电源即可进行腐蚀。
单槽电化学方法是人们对制备多孔硅研究较多 的一种方法，该方法的
优点是工艺比较成熟，人们对温度、腐蚀液成 分、掺杂、电流密度等制备条件对样品的形貌、 光致发光等特性的影响已有较多的认识。
缺点是如果阳极和阴极的相对位置不合适及在 其表面形成氢气泡的绝缘效应引起电解质电流密 度空间的变化，从而导致不均匀腐蚀的发生。
2、双槽电化学法制备多孔硅 双槽电化学方法制备多孔硅的具体做法是将
硅片插入装有腐蚀液的电解槽中间的固定架上， 硅片把电解槽分成两个相互独立的电解槽，用两 片铺片分别面对面放在硅片的两侧作为阴极和阳 极。结构简图如图3所示。
具有以纳米硅晶粒为骨架的海绵状结构 的新型功能材料
多孔硅结构
多孔硅特性
绝热层
导热率达到 0.624W（m.k）
牺牲层
在腐蚀液中易腐蚀 机械性能好
发光性
常温下发出可见光 特性
多孔硅（porous silicon)
相关参数
HF浓度、硅片类型参数、光照、电流密度、孔度 孔度：电化学处理时，腐蚀掉的硅的质量分数 孔度越高，发射的波长越短。 高孔度（70%）可用作发光材料
简单制备方法
硅在HF溶液中进行电化学腐蚀（单槽和双槽）
多孔硅发光机理的几个模型
多孔硅的发光机理——量子尺寸模型
Canham提出，采用电化学腐蚀的制备的多孔 硅是由密集的、具有纳米量级线度和微米量级 的硅丝组成，形成了所谓的“量子线”。当空 隙密度大于80%时，硅丝间是相互竖立的。多 孔硅的发光被认为是约束在这些量子线上的激 子的辐射复合。
• 对于多孔硅的研究，除了它本身的意义外，还促 进了纳米半导体和硅基发光等学科的发展。
(2)在双槽装置中，两个电极相对放置．暴露的硅片 是电流的唯一通路，所以流过硅片的电流密度较均匀 ，更易在大尺寸的硅基体表面形成均匀的多孔硅层。
小结
• 从现有理论及分析结果看，多孔硅的发光机理还 是基于量子现象。
• 双槽电化学腐蚀法制备多孔硅在孔径、孔隙率、 表面均匀性等性能指标上都明显优于单槽电化学 腐蚀。
多孔硅简介
主要内容
结构 多孔硅的结构特征 多孔硅的发光机理 工艺 多孔硅制备方法 小结
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Si
硅是间接带隙结构，发光效率很低 （约10-6），长期以来被认为不能 用作发光材料，因此多孔硅发光在 光电技术中具有重要意义。
多孔硅结构特性
什么是多孔硅？
多孔什硅是么硅是表面多通孔过电硅化学腐蚀形成的
通过改变腐蚀电流的大小，可以得到不同太 小的孔，改变腐蚀时间可得到不同厚度的多孔硅 层。
双槽化学腐蚀装置图
双槽电化学方法因为工艺简单、条件容易控制，是 目前制各多孔硅最常用的方法，其优点主要表现为：
(1)在双槽装置中采用Pt电极作为阴极和阳极，不必 考虑硅基体背面的金属化问题，降低了操作的复杂性 。