多孔硅发光机制研究

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发光多孔硅的形成及性能的研究

发光多孔硅的形成及性能的研究
近年来，研究发光多孔硅的性能和应用已经成为一个研究热点。

发光多孔硅具有良好的热稳定性、光学性能、电子学性能等特点，因而在太阳能电池、储能器件、生物传感器、显示器等领域有着广泛的应用前景。

因此，研究发光多孔硅的形成及性能变得尤为重要。

发光多孔硅通常是由电子束蒸镀技术或水热法制备而成，其形成机理涉及复杂的过程，同时也与温度、时间等因素密切相关。

由于具有多孔结构，发光多孔硅具有高度的比表面积、多孔分布均匀、孔隙大小可调等优点，在发光多孔硅的制备过程中可调控比表面积、孔隙尺寸等参数，从而影响到发光多孔硅的性能。

发光多孔硅具有优异的热稳定性，即发光多孔硅在高温高压条件下，其结构和性能基本不变。

发光多孔硅的热稳定性可为太阳能电池提供较高的抗高温能力。

发光多孔硅具有良好的光学性能，其介质分布均匀，能够有效地吸收和反射光线，可以用于显示器中的照明。

另外，发光多孔硅还具有良好的电子学性能，可用于生物传感器中检测和传感信号，也可用于储能器件的制备。

除了上述性能外，发光多孔硅还有众多优点，如低成本、高比表面积、简单的制备方法等，它具有很多潜在的应用前景。

因此，未来研究发光多孔硅的形成及性能可能会取得更大的进展，从而为更多新型设备的制备提供更多机会。

综上所述，发光多孔硅在热稳定性、光学性能和电子学性能等方面具有优异的性能，并具有低成本、高比表面积、简单的制备方法等
优点，在太阳能电池、储能器件、生物传感器、显示器等领域有着广泛的应用前景。

研究发光多孔硅的形成及性能是未来研究的重要热点，发光多孔硅的有效制备与性能的改善将为新型设备的制备提供更多
机会。

多孔硅

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多孔硅的荧光特性
1. 多孔硅的孔度与荧光波长的关系荧光波长随多孔硅的孔度增加而移向短波段,即光子能量随孔度荧光波长随多孔硅的孔度增加而移向短波段, 孔度增加的增加而增大. 的增加而增大. 低孔度 60% % 70% 70%以上 80%以上, %以上, 2. 蓝移现象多孔硅的电化学处理结束之后切断电源,继续在中进行化学腐多孔硅的电化学处理结束之后切断电源,继续在HF中进行化学腐开路腐蚀, 继续向短波波段移动; 这被称作开路腐蚀光谱可以继续向短波波段移动蚀,这被称作开路腐蚀,光谱可以继续向短波波段移动; 或者化学处理结束后,将样品从溶液中取出后溶液中取出后, 或者化学处理结束后,将样品从HF溶液中取出后,光谱也会移向短波段.这是由于多孔硅的样品上吸附了大量的HF溶液溶液, 短波段.这是由于多孔硅的样品上吸附了大量的溶液,化学腐蚀依然在进行,这种现象称蓝移现象. 蚀依然在进行,这种现象称蓝移现象.
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多孔硅发光的基本理论
分子在势能面间的"跳跃"过程称为跃迁, 分子在势能面间的"跳跃"过程称为跃迁,相应于电子从一个跃迁轨道跳跃到另一个轨道. 轨道跳跃到另一个轨道. 辐射跃迁:即跃迁过程伴随着光子的放出,包括荧光和磷光过程; 辐射跃迁:即跃迁过程伴随着光子的放出,包括荧光和磷光过程; 荧光过程非辐射跃迁:即跃迁过程没有光子参与, 非辐射跃迁:即跃迁过程没有光子参与,能量以热或者其他形式耗散,包括内转换,系间窜越等. 耗散,包括内转换,系间窜越等.
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多孔硅(Porous Silicon) 多孔硅
硅在HF溶液中经电化学腐蚀, 硅在溶液中经电化学腐蚀,成为多孔溶液中经电化学腐蚀多孔硅. 状——多孔硅. 多孔硅孔度:电化学处理时, 孔度:电化学处理时,腐蚀掉的硅的质量分数. 低孔度多孔硅: 低孔度多孔硅:主要用于集成器件的隔离和 SOI材料的绝缘衬底; 材料的绝缘衬底; 材料的绝缘衬底高孔度多孔硅(高于 % :可用作发光材料, 高孔度多孔硅高于70%):可用作发光材料, 高于孔度越高,发射光的波长就越短波长就越短. 孔度越高,发射光的波长就越短.

多孔硅后处理研究进展

·46· 材料导报网刊 2006年8月第4期多孔硅后处理研究进展*邱学军，熊祖洪(西南大学物理学院, 重庆 400715)摘要多孔硅(PS)后处理是一项能提高多孔硅发光效率和使用寿命的前沿技术。

目前多孔硅后处理的方法很多,综述了各种后处理方法对PS发光的影响,并对其发展前景做了展望。

关键词多孔硅后处理发光强度稳定性Research Progress in Post-treatment of Porous SiliconQIU Xuejun ,XIONG Zuhong(School of Physics, Southwest University, Chongqing 400715)Abstract Post-treatment of porous silicon is a new technique that can enhance the luminescence efficiency and using-lifetime. At present, there are many kinds of post-treatment techniques of porous silicon.This paper reviews the different methods to influence the luminescence of porous silicon, and also discussed the prospect of post-treatment.Keywords porous silicon, post-treatment, luminescence intensity, stability0 引言1956年Uhlir[1]首先制备并报道了多孔硅(porous silicon, PS)，在随后的几十年中PS一直作为一种绝缘材料应用于硅集成电路中。

1984年Pickering等[2]首先在低温(4.2K)下观察到了PS的可见光致发光现象，但当时并未引起足够重视，直到1990年Canham[3]发现PS在室温下具有强烈的可见光致发光现象，PS的研究才得到较大的发展,人们相继实现了多种颜色(蓝、绿、红、紫及蓝红)的光致发光(PL)及电致发光(EL),此后人们把PS做成发光器件应用到了光电子领域。

发光材料的奥秘

发光材料的奥秘在深入研究“布基球”这种足球状分子的过程中，科学家发现，当60C分子和多孔材料结合时，还具有发光的性能。

1993年，英国曼彻斯特大学科学技术学院的化学家戴维·利领导的一个科研小组，在把布基球放在一种名叫VP1-5的多孔材料中结果使含布基球的多孔材料发出了霓虹般的彩色。

这种多孔材料和60C分子组成的复合材料，有可能用于制造发射各种频率的激光器和平面投影显示屏。

为什么这样就能改变光学性能呢？因为现在知道，半导体的光学性能和它的形状有极大关系。

比如，块状的多孔硅可以制出发近红外线光的半导体器件，而片状的多孔硅可以制出发绿光的半导体器件，带状或线状的多孔硅能发蓝绿光，而所谓的量子点多孔硅则发蓝光。

用激光照射多孔材料和60C就能发出彩色光，其中的奥秘目前还解释不清。

但戴维·利真正感兴趣的不是用激光来使60C发光(这叫光致发光)，而是用电来使60C和多孔材料发光，这叫电致发光。

因为只有电致发光材料才有大的商业价值。

现在，戴维·利决定设法改变60C分子的光学性能。

要做到这一点，只有将60C分子限制在很小的尺度范围内，例如限制在薄膜内。

因此，戴维·利就想，如果把60C分子密封在一种多孔的矿物沸石的一维孔道(或叫链条式孔道)内，60C分子就可能像多孔硅一样改变光学性能，也会发出不同色彩的光束。

但沸石中的微孔的直径极小，还不到1纳米(即1/109米)，而布基球的直径大约为1纳米。

于是，他决定用另一种叫VP1-5的微孔材料代替沸石来捕获布基球分子，因为这种材料中的微孔的直径约为1.25纳米。

为什么这样就能改变光学性能呢？因为现在知道，半导体的光学性能和它的形状有极大关系。

这样做的方法是：先将纯布基球溶解在一种叫苯的化合物中，然后在50℃的温度下将微孔材料VP1-5放入其中，搅拌一整夜之后，溶解在苯中的60C分子就渗进到了VP1-5这种多孔材料的微孔中。

多孔硅的发光性能研究的开题报告

多孔硅的发光性能研究的开题报告题目：多孔硅的发光性能研究一、研究背景和意义多孔硅是一种具有蓝色发光特性的材料，具有较高的表面积和孔径可控性，因此在光电领域有着广泛的应用前景。

多孔硅的发光与其微观结构以及表面性质密切相关，因此对多孔硅的光学性质进行深入研究，对理解其光电性能，开发相关应用有着重要意义。

二、研究目的本研究旨在通过制备多孔硅的方法，探究其发光性能与微观结构、表面性质之间的关系，寻找影响多孔硅发光性能的相关因素，并对多孔硅在光电领域的应用前景进行探讨。

三、研究内容和方法1.多孔硅的制备方法：采用电化学腐蚀法或湿法化学腐蚀法等方法制备多孔硅，并对其结构进行表征。

2.多孔硅的发光性质研究：利用荧光光谱仪等仪器对多孔硅的发光性质进行测试，并针对不同条件下的制备方法、孔径大小等因素进行分析。

3.各种表征手段：利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜等手段对多孔硅样品的结构、形貌等进行表征，以便深入了解发光特性与微观结构之间的关系，同时研究多孔硅的表面性质。

四、研究预期成果和意义预计研究结果将基于多孔硅在特定条件下的制备方法探讨其发光特性，并深入了解其物理化学机制及在光电领域应用的前景。

结果有望为多孔硅在光电器件、传感器等领域的应用提供有益的信息和实际应用价值，对学术研究和相关领域的发展有积极的促进作用。

五、研究进度安排本研究预计进行1年时间。

其中，前4个月主要进行多孔硅的制备和表征；第5-8个月主要对多孔硅的发光性质进行测试和分析；第9-12个月主要对结果进行总结和展望，撰写研究报告和论文，并进行学术交流和研究成果的推广。

六、参考文献1. Lu, M., & Fan, S. (2018). Porous silicon: a promising platformfor optical sensors. Progress in Quantum Electronics, 58, 1-26.2. Nieto-Ortega, B., Carmona, N. B., López-Cruz, O., García-Ramos, J. V., Rodríguez, E. M., & Guerrero-Lemus, R. (2019). Luminescent Porous Silicon Films for Environmental Monitoring: From Surface Chemistry to Optical Functionality. Frontiers in Materials, 6, 195.3. Li, X., Li, L., Zhang, W., Li, Q., Li, C., Wang, W., ... & Li, C. (2019). Porous silicon-based photonic microcavities: From fabrication to applications. Progress in Materials Science, 100, 137-163.。

多孔硅简介

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。
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。通过改变腐蚀电流的大小，可以得到不同太
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。
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、
多孔硅简介

多孔硅的光电性质及在太阳能电池中的应用

强度强遥随时间可逐渐蓝移袁开始移动较快袁逐渐减慢袁18 小时后基本不再移动袁发光强度也逐渐减弱遥图 4 为多孔硅孔隙率与光荧光强度的关系实验曲线遥 3.2 多孔硅的减反特性
图 5 为用化学腐蚀法制得的
多孔多晶硅减反曲线与氮化硅减反膜的减反曲线遥实验条件和结果为院用化学腐蚀法在多晶硅渊电阻率 1~3赘窑cm袁p 型硅 10cm伊10cm冤表面制造多孔硅袁通过用不同的 HNO3/HF 浓度尧腐蚀时间尧温度得到表面形貌均匀一致的多孔硅袁厚
图 4 多孔硅孔隙率与光荧光强度的关系 (a) p- 型硅孔隙率 65%时的情况曰(b) p+型硅对三种孔隙率的情况
图 5 多孔硅的减反曲线渊多孔硅加权反射率为 5.25%, SiN 减反膜为 9.7%袁硅片为 35%冤 54
第 42 卷袁第 2 期 2005 年 2 月
激光与光电子学进展
图 6 反射率与孔隙率的关系
要有空穴袁这可以由 HNO3 在局域阴极处被还原而产生遥当存在痕量
HNO2 时袁阴极反应按下式进行院
HNO3 + HNO2要要要N2O4 + H2O
N2O4 要要要2NO2
NO2 要要要NO-2 + e+
图1
NO-2+ H+要要要HNO2
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第 42 卷袁第 2 期 2005 年 2 月
激光与光电子学进展
图 7 (a) 渊A冤孔隙率为 20%袁渊B冤40%袁渊C冤60%(P+-n / PMS)[3];渊b冤多孔硅不同腐蚀时间的 PS/c-Si 异质结电流(c)电压(b)关系院时间和厚度按 A尧B尧C尧D尧E 顺序增加袁串联电阻和并联电阻均随厚度增加而增加袁当在氢环境中钝化后电流电压均有所增加[5]

多孔硅在太阳能电池中的应用研究

多孔硅在太阳能电池中的应用研究摘要在现在利用的各种能源中，只有太阳能同时具有不分地域性、无污染、无需可动部件、永不枯竭的特点，符合当今世界对能源的绿色环保和可持续发展的要求。

近些年来，全球很多国都高瞻远瞩，纷纷促进发展太阳能电池产业，制定光伏屋顶的计划。

太阳能电池应用的最大难题就是造价太高，如何降低其制造成本就成为了推广的关键。

廉价可靠的太阳能电池主要材料多孔硅就成为了人们要求的研究课题。

关键词多孔硅；太阳能电池中图分类号 tm914 文献标识码 a 文章编号 1673-9671-（2013）011-0136-02多孔硅是一种近些年才纳入人们视线的纳米半导体光电材料，其在室温下，光致发光和电致发光特性非常优异，减反效果良好，并且很容易与现在的硅技术进行兼容，因此经常被人们用来制作多晶硅太阳能电池中的减反层。

本文对于多孔硅在太阳能电池中的应用做了一系列的探讨。

1 多孔硅的特点及在太阳能电池中应用的优势多孔硅具有可见光发射和带隙宽化的现象，通过电化学或者化学腐蚀能使其在晶体硅片上展现出其电荧光和光荧光的特性。

其在太阳能电池的应用中具有以下优势：1）多孔硅具有高的绒面表面形貌，可以增强捕获光源增强多晶硅太阳能的吸光性，较之传统的naoh溶液绒面腐蚀，多孔硅能够在单晶、多晶、微晶硅的任意取向表面腐蚀成形。

2）多孔硅可以以对阳光的最佳吸收为基础调整带隙。

3）多孔硅具有良好的光荧光特性，可以经蓝光和紫外光转变成波长更长的光线，使得太阳能电池对其具有更好的量子效率。

4）多孔硅设置在cz法生长的硅片后面，可以有效的吸收杂质原子，这些杂质原子在进行高温氧化时比较容易形成堆积，这种特性可以应用于光伏技术。

5）多孔硅进行电化学腐蚀和化学腐蚀时，操作比较简单，比较适合进行大批量制作。

2 实验2.1 多孔硅层的制备多晶硅片需要通过常规的化学清洗，利用碱液腐蚀掉切割硅片的机械损伤层，制备多孔硅层可以采用化学腐蚀法或者电化学腐蚀法，为了能够大批量的规模化制备多孔硅层，一般采用化学腐蚀法。

硅缺陷发光的研究概况

摘要:硅发光器件与硅读出电路的单片集成是实现全硅光电子集成的关键，因此Si 基发光材料的研究极为重要。

本文重点对各类硅缺陷的发光进行了综述，并介绍了它们应用于发光器件的研究进展。

关键词:硅；缺陷；发光杨宇(云南大学光电信息材料研究所，云南昆明650091)1.引言硅是微电子技术的基石，但由于它的间接带隙，电子不能在价带与导带之间直接跃迁，只能借助声子吸收或发射进行，这种二级光跃迁过程的效率比直接跃迁效率小得多。

室温下，受激电子-空穴对快速的Auger 等非辐射方式复合，很难实现硅中光跃迁的粒子数反转，故单纯硅发光的效率极低，在光电领域的应用受到极大的限制。

为了实现光电子集成，近三十年来，在微电子技术日趋成熟的基础上，人们一直在探索能在一块硅片上实现光电器件与现有的微电子器件集成的途径。

因此，硅基光电材料的研究成为近代材料科学研究的焦点与热点。

特别90年代初Canham 等人发现了多孔硅发光，掀起了硅基发光材料的研究热潮。

国内外许多研究小组开展了各类硅基发光材料的研究，如多孔硅、纳米硅、铒掺硅、硅基异质外延、硅锗超晶格与量子阱材料等。

在硅基中要实现有效发光，总体上有能带工程、杂质工程和缺陷工程等途径。

分别介绍如下。

2.有效发光途径2.1能带工程能带工程是人为在纳米量级尺度上控制，对不同组分或掺杂的半导体薄膜进行能带“剪裁”，获得期待的能带结构。

在硅基发光方面研究较多的途径是硅锗超晶格与量子阱材料、硅基异质外延生长SiO 等能带工程。

早在20世纪70年代中期，理论上就预言，由于薄层2超晶格中布里渊区的折叠，有可能实现直接带隙的光跃迁。

80年代分子束外延技术的成功实现，为不同组分原子量级晶体薄膜的制备提供了实验基础。

为了获得准直接带隙的高效硅基发光材料，30年来，科学工作者作了种种努力，提出并研制了多种不同结构的超晶格量子阱材料，如Si/Ge 超晶格、Si/SiGe 超晶格、Si/SiO 超晶格、纳米硅/非2晶硅超晶格和纳米硅/氧化硅超晶格等。

多孔硅紫外发光性质的研究

ｏｆｔｔｕｃｕｒｆｐｏｏｉｉｏｎＴｈｅｔａｓｏｒａｉｒｈｅｓｒｔｅｏｒｕｓｓｌｃ．ｒｎｆｍｔｏｎｆｏｍｉｉｏｏｓｌｃｌｏｍａｓｔｓｌｃｎｔｉｉａａｓｋｅｈｅ
ｄｉａｐｅｒｎｃｈｅｕｌｒｖｏｅｍｉｓｏｓｐａａｅｏｆｔｔａｉｌｔｅｓｉｎ．Ｔｈｅ３１０ｎｍｔａｉｌｔｅｓｉｎｉｓｉｅｏｕｌｒｖｏｅｍｉｓｏｓａｓｇｎｄｔｔａｄａｉｅｒｃｍｂｉａｉｎｖａｄｒｃｎａｒｎｓｔｏｔｅｌｃｒｎｓａｌｓｉｈｅｒｉｔｖｅｏｎｔｏｉｉｅｔｂａｄｇｐｔａｉｉｎｂｅｗｅｎｅｅｔｏｎｄｈｏｅｎ
穴的直接禁带结构辐射复合。关键词：孑硅；致发光；外发光多Ｌ光紫
中图分类号：７＋．。５．０４２３０６７３
文献标识码：Ａ
Ｉｅｓ１ｍｔａｉｌｔＥｍｉｓｏｒｍｒｓＳｌｃｎｎｔｎｅ３０ｎＵｌｒｖｏｅｓｉｎｆｏＰｏｍ￣ｉｉｏＰｒｐｒｄｂｄｏｈｒａｃｎｇｅａｅｙＨｙｒｔｅｍｌＥｔｈｉ
多孔硅紫外发光性质的研究
王秀丽，。冯兆池，石建英，灿Ｈ李
（．中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室，连１６２；１大１０３２．中国科学院研究生院，京１０４）北００９

硅材料的微观结构特性及其制备工艺的优化

硅材料的微观结构特性及其制备工艺的优化摘要：由于传统的硅结构存在自身的缺陷，现在随着技术的进步与发展，微纳结构材料的硅被发现，它可以弥补传统硅结构的缺陷，这可以促进太阳能电池的发展。

关键词：微纳结构硅材料；太阳能电池研究前言本文就微纳结构硅材料及其太阳能电池研究进行探讨，分别介绍了微纳结构硅材料及其太阳能电池的研究进展，以供参考。

一、硅微纳结构的特性研究1.1多孔硅结构多孔硅在1990年以前科学家并没有发现其光致发光的特性，为此，其硅结构没有得到开发。

直到1990年，相关的人员意外发现多孔硅在室温下可以产生很强的光致发光特性，这才让多孔硅重回人们的视野，为此，相关的研究人员大力研究多孔硅，研究取得一些进步和成果。

由于多孔硅孔深和孔径可以观察极其微小的事物，会达到微米、纳米级别，为此，科学家常常利用电化学阳极氧化腐蚀法，观察微纳结构硅材料，在该方法中，常常用铂做阴极，硅片做阳极，在HF溶液中进行电化学腐蚀，一般采用恒电位模式或者恒电流模式。

1.2纳米线结构纳米材料具有热能稳定、具有光子传输性等特点。

另外，随着硅技术的发展，一维硅纳米线材料被广泛的开发和研究，由于一堆硅纳米线材料的物理性质独特，已经得到了相关人员的关注，未来对一堆硅纳米线结构的研究也将会增多。

而制备硅纳米线来说，一般采取“自下而上”（bottom—up）和“自上而下”（top—down）两类方法。

第一种是让硅化物借助催化剂还原结晶，从而生长出纳米线。

第二种方法则是将多余的硅原子进行剥离，剩下所需要的纳米线结构。

1.3金字塔结构为了提高电池的效率，增强电池的射光吸收率，一般会采取金字塔结构，利用金字塔结构可以对入射光进行很好的折射，增加电池对光能的吸收。

将这种思想应用在微纳结构材料研究过程中，可以增强硅表面的吸光率。

另外，为了提高电池效率，还可以利用表面制绒的方法，通过在硅表面覆盖一些薄膜，来增强电池的吸光率，减少光源折射率。

一般常用到的制绒方法是碱溶液腐蚀法。

多孔硅的制备及稳定化研究

ｆｒａｇｎｏｉＣ＝５，ｍ／Ｔ１ｍｎＴｅｕｉｓｈａｉｔｔｈｌｙ，２１０ｃ＝２ｉｈｐｄｔｎｗｉｂｃｉｅｏｇｓ％＝Ａ时、０．ｒｃｎｃ．ｆ６ｏｏｈｃ
ｃｌｍｅｔｐｐｒｉｏｅｅｙｅａｒｕｅｅｔｅｅ．ｏｄｔｒａｔｎｎｒｍｔｉｅｉｍｎｗｒｇｉｄｕｅｈｅａｏｆｇａｒｌｒｅｑｅａｎ
ｍｔｄｒａｐｒｓｏ．ｐｒｇｅｈｄｃｎａｒｅｃ，ｄｉｅｏｔｐｅｒｏｕｓｃｎＣｍａｎｔｅｍｔｓｔｓｅａｈＦｔｔｈｏｐｅｏｉｉｌｏｉｈｅｏｏｒｔｒｉｈｎｒｓｎａｔｓｔｅｍｅｏｓｔｄｕｌｃｌｌｔｃｅｉｌｅｓｓｔｃｎｏｔｔｈｏｇｈｅｅｔｄ，ｏｂ－ｌｒｈｍｃｗｓｉｔｏｔｌｅｎｌｙｅｈｒｈｈｅｅｅｅｃｏｅａａａｅｏｒｈｃｏｅｐｃｓ。ｅｅａｉｔｅｐｒｅｔｏｄｔｐｒｒａｃｏｐｒｓｏｉｒｅ，山ｒａｂｔｏｈｘｅｍｎｉｇｏ，ｅｏｎｅｏｕｓｃｎｏｓｐｔｌｆｉｙｅｉｓｈｆｍｅｆｏｉｉｌｓｔｂｓａｄｓｆｅＰｉｆｔｓＯｂｓｃｍａｎｉｆｓｓｐｗｓｄｔｈｅｎｔｕａｏＳａｅ．ａｓｐｒｇｉｔ，ｔｙｅｔｈｒｃｆｓｔｔｎｉｏｉ பைடு நூலகம் ｔｅｈｅｌｒｅｕｅ
ｔｎｇｎｃｕｌｇｎｍｔｄｈｂｓｈｕｉｓａｅｐｎａｅｔｈｉｔｅ．ｅｓｉｏｉｇｎｌｅｏｓｔｅ

n型多孔硅的制备及其光致发光性能

n型多孔硅的制备及其光致发光性能宋晓岚;喻振兴;程蕾;吴长荣;张泰隆;邓大宝【摘要】采用双槽电化学腐蚀法于光照条件下在n型单晶硅片衬底上制备多孔硅(n-PS);在室温下,采用500～ 700 nm范围内荧光光谱和扫描电镜(SEM)测试系统研究光照、腐蚀时间、电解液含量、腐蚀电流密度及单晶硅掺杂含量等对n-PS的形成、结构形貌和光致发光性能(PL)的影响.研究结果表明,通过光照,能获得具有均匀孔分布和良好发光特性的n-PS,在约600 nm处产生较强荧光峰;随腐蚀时间、HF含量和电流密度增加,PL峰位先发生蓝移,而后又出现红移;PL发光性能呈先增强后减弱变化趋势,分别在腐蚀时间为20 min、HF含量为6%和电流密度为60 mA/cm2时峰强出现极大值;而提高掺杂含量,PL性能降低.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(041)004【总页数】5页(P1229-1233)【关键词】n型多孔硅;双槽电化学腐蚀法;光照条件;光致发光性能【作者】宋晓岚;喻振兴;程蕾;吴长荣;张泰隆;邓大宝【作者单位】中南大学,资源加工与生物工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学,资源加工与生物工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学,资源加工与生物工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学,资源加工与生物工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学,资源加工与生物工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学,资源加工与生物工程学院,湖南,长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TN304.1单晶硅是现代半导体器件集成电路和微电子学领域中最主要的材料，它的禁带宽度为 1.12 eV，且为间接带隙材料，限制了它在光电子器件中的应用。

多孔硅(porous silicon，PS)是一种具有海绵状疏松结构的硅材料。

Canham[1]于1990年报道了PS在室温下可见光区有着较强的荧光发射现象，从此打破了单晶硅难以实现高效率发光的禁锢，预示着用单晶硅制备发光器件进而实现全硅光电子集成的美好前景，使得 PS发光现象成为材料科学研究的热点之一。

光子作用所形成的硅锗合金的多孔结构及其发光特性

表面无关，主要来自硅纳晶和锗纳晶的表面态．指出了激光辐照方式加工样品的优点．
关键词：光辐照；激多孔硅锗；致荧光光
中图分类号
０７４２＋．；３．＋３０２１２４
文献标识码
Ａ
文章编号
１０６６（０７００１００３— ５３２０）２— ０３— ４
收稿日期：０６—１２００—３０
维普资讯
第２５卷
第２期
贵州科学
ＧＵＩＺＨ０ＵＣＩＳＥＮＣＥ
Ｖｏ．５．ｏ２１２Ｎ．
２００７年６月
Ｊｎ２０ｕ．０７
光子作用所形成的硅锗合金的多孔结构及其发光特性
Ｃｉａｈｎ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴＡｉｄｏｏｏｓｓｒｃｕｅＷａｒｄｃｄｏｉｌｕｉｇｌｅｉ５ｏｒａｄ１６ｍａｅｋｎｐｒｕｔｕｔｒＳｐｏｕｅｎＳＧｅｆｍｓｒｗｔ７Ｗｐｗｅｎ０４ｎｗｖ－ｆｉｎａＳｈ
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垂直的纳米硅晶。由于在这些硅晶问有大量的孔洞，们一般称之为多孔硅（ｏｏｓＳｌｏ，称人Ｐｒｕｉｃｎ简ｉＰ）ｓ。多孔硅引起了世界的研究热潮，主要来源于
三个方面的原因。
室温下可以发射很强的可见光，并用量子限制效应
２１年４０１月
廊坊师范学院学报（自然科学版）
ＪｕｎｌｆａｇａｇＴａｈｒＣＵｇ（ａｒａＳｉｃｄｉ）ｏｒａｏｎｆｅｃｅｓｏｅｅＮｔｎｌｃｎｅＥｉｏＬｎｕｅｔｎ
Ａｐｒ２．０１１Ｖ０．Ｎｏ．１１１２
４４表面态模型．
Ｋｏｈ４提出了该模型。ｃｌ多孔硅的结构决定了它
具有巨大的比表面积，以表面态也应该考虑在内。所
性。多孑硅发光性质复杂，响其发光的因素也很Ｌ影多，多的发光模型在各小组不同的实验基础上被众
４．量子限制效应模型１
该模型最早是由Ｃｎａａｈｍ提出的ｌ，为多孔硅】认发光来源于电化学腐蚀过程中形成的纳米硅结构。主要原理是：硅是由纳米硅单元组成，激发的电多孔被
３多孔硅的制备方法
制备多孔硅的主要方法是阳极氧化法，外还另
种因素去解释，应该综合考虑各方面的影响。多孔硅发光是量子限制效应和表面态综合作用的结果。
【关键词】多孔硅；制备方法；发光机制
ＳｕｙｏｔｄｎＰｈｏｏｕｉｅｃｎｅＭｅｈｎｓｆＰｏｏｓＳｌｃｎｔｌｍｎｓｅｃｃａｉｍｏｒｕｉｉｏ
孔硅的形态和性质。３２化学腐蚀法．
一一享兰一弼
该模型由Ｂａｄｌ等人首次提出。他们把多孔ｒｎｔ３硅发光和一种六角形的硅氧烯分子的发光做比较。
把硅片浸在腐蚀液中一段时间，可以制得多也
４．硅氧烯发光模型３
以单晶硅片为阳极，性金属铂为阴极，惰在一定
浓度的氢氟酸水溶液或乙醇溶液中通以适当密度的电流。通过一定时间的阳极氧化后，硅片上就可在以形成多孔硅。电流密度、氢氟酸浓度、电时间、通光照与否以及硅的掺杂类型和电阻率，都会影响多
虽然已有研究已经对多孔硅的微观结构、光发
性质和电子态作了大量的研究，是多孔硅的发光但
机制至今还存在争议。另外，多孔硅的发光效率偏
低，要增强。本文针对多孔硅的研究意义、需制备方法和发光机制进行了深入的理论研究，希望对多孔
进行了解释¨ ，多孔硅迅速成为世界范围内的研究
热点。因为硅是间接带隙材料，且禁带宽度很窄，并
第一，理论方面，是一种问接带隙半导体，在硅
禁带宽度窄，１１Ｖ，般不能作为发光材料，仅．ｅ一这说明多孔硅发光从理论上说是一个很有意义的研究
课题。
仅１１Ｖ，．ｅ不能发出可见光，光效率很低，能作发不
为发光材料。而多孔硅室温下光致发光现象的发现，为硅材料在光电子领域中的应用开辟了诱人的
前景。
第二，在应用方面，硅是研究得最为透彻并且在微电子器件领域占有绝对的主导地位的半导体材料，多孔硅发光为实现硅基光电子集成指明了令人振奋的前景。
４２硅一氢键或多硅烷发光模型．
３１阳极氧化法．
该模型以Ｐｏｅ＿为主要代表，给出大量的ｒｋｓ］２且实验事实。该模型认为多孔硅的发光与特定的多硅烷有关，与平均链长和Ｈ含量有关，光强度是表发面积的函数，发光峰的所在位置与硅晶粒直径之间没有直接的联系。
ｌｈｍｉｉｎｗａｉｃｓｄＥｃｄｌａｔｄａｔｇｏｐｃｆａｅ，ｕｅｓｄｆｃｌｉｓｉｔｅａｅ．ｅｉｔｇｅｓｏｓｄｓｕｅ．ａｈｍｏｅｄｉａｖｎａｅｉｓｍｅｓｅｉｃｃｓｓｂｔｍｅｔｉｕｔｎｏｈｒｓｓＷｓｓｈｓｎｉｉｅｃｓｇｅｔｂｔｈｕｎｕｏｆｅｎｆｅｔｎｈｕｆｃｔｔｃａｉｍｈｕｄｂｏｓｄｒｄｉｒｅｎｅｓａｄｕｇｓｏｈｔｅｑａｔｍｃｎｎｍｅｔｆｃｄｔｅｓｒａｅｓａｅｍｅｈｎｓｓｏｌｅｃｎｉｅｅｎｏｄｒｔｕｄｒｔｎ — ｉｅａｏ
孔硅。腐蚀液主要成分是ＨＦ和ＨＮＯ，可以加也入去离子水、酸等。该方法制得的多孔硅均匀性醋较差，度有限，光也较弱。厚发
对多孔硅和硅氧烯都做了红外振动吸收光谱实验，结果表明它们含有相同的化学键。进行拉曼光谱测
第１卷第２期１
多孑硅发光机制研究Ｌ
兰燕娜，王超男，薛同莲
（通大学，苏南通２６０）南江２０７
【摘
要】对多孔硅的研究意义、制备方法和发光机制进行了理论研究，出了多孔硅的发光机制不能仅用某一提
ＬＡＮｎｎ，ＷＡＮＧＣａ－ａｎ，ＵＥｎ－ｉＹａ－ａｈｏｎＸＴｏｇｌａｎ
【ｂｔａｔＴｅｍａｉｇｂｃｇｏｎｎｒａａｏｆＳｗｒｔｄｃｄｉｅａｅ．ｈｎｔｅｏｉｎｏｔｉｖｉｅＡｓｃ】ｈｅｎｎ、ａｋｒｕｄａｄｐｅｒｔｎｏｅｉｒｕｅｔｐｒＴｅｈｒｉｆｈｓｉｂ－ｒｐｉＰｅｎｏｎｈｐｇｓｌ
氢键或多硅烷发光；３硅氧烯分子发光；４表面态（）（）
认为电子一空穴对在纳米硅粒中激发，复合有三但种方式，图１示：如所一是激发的电子空穴对在体内
ｉｈｏ０ｕｉｅｃｎｅｏｎｇｐｔｌｍｎｓｅｃｆＰＳ．
【ｙｗｒｓｐｒｕｉｃｎｐｅａｔｎｍｅｈｄｐｏｏｕｎｓｅｅｃａｉＫｅｏｄ】ｏｏｓｌｏ；ｒｐｒｉｔｏ；ｈｔｍｉｃｎｅｈｎｍｓｉａｏ１ｅｍｅｓ
硅投入实际应用有所贡献。
第三，工艺方面，制备微结构的传统方法在与
相比，多孔硅的制备方法简单易行。另外，变制改备条件，能量（发光颜色）以在整个可见光谱区进可
行调节。
２多孔硅的研究意义
多孔硅的质量，品很难做得大而均匀。也可以用样所谓 “ 粉 ” 术，火花放电腐蚀法来制备多孔干技如
硅。
１１Ｖ。．ｅ这个模型一经提出，被最广泛地接受，便且
大量的实验和理论证据都支持这个模型，明了纳米证硅粒在发光中的重要地位。随着研究的深入，但发现许多实验现象不能用该模型解释。
量也有类似的结论。
另外，用激光直接照射浸在氢氟酸溶液中的硅
片，用通电，不经过一段时间也可制得多孔硅。
３３火花放电腐蚀法．
一
定的气体环境（气、空氮气），中在两个硅片电
ｓｆｅｕｒａｃｄｆｃｔｅｅ
・
４４・
第１卷・２期１第
兰燕娜等：孔硅发光机制研究多
２１年４月０１
运性质及多孔硅与其它材料的复合体系等进行了大量的探讨研究。同时，其在光电子、感器、记对传光录材料、阳能光电转换等领域的技术应用进行了太探索和开发。
既有施主型又有受主型表面态。发光所涉及的复合
过程主要是通过这些表面态而起作用。模型同样该
纷纷建立起来，到目前还没有取得共识。目前较但有影响力的模型主要有：１量子限制效应；２硅一（）（）
［中图分类号］０８．１４２３［文献标识码］Ａ［文章编号］１７６４—３２（０１０ —０４ —０２９２１）２０４３