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《浙江大学》 2005年
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多孔硅的光电性能研究

赵岳  
【摘要】:因为硅是间接带隙材料,其光致发光和电致发光的效率很低,这限制了它在光电器件方面的应用。1990年以后,多孔硅的光致发光及电致发光的发现,为实现全硅基光电器件带来了曙光。经过十几年的研究,多孔硅的制备和性能研究都有了很大进展,但仍然有许多重要问题没有解决,如电致发光效率极低,发光寿命很短等;同时,对多孔硅发光的机理到现在还没有统一的结论,仍在争论中。 本文在综述目前多孔硅的主要研究成果的基础上,研究了多孔硅的结构与成分、少子寿命、后处理钝化工艺与多孔硅的光致发光、电致发光及阴极射线发光性能的关系,并给多孔硅的形成和发光机理提供了新的证据。 本文研究了不同单晶硅材料在不同实验条件下的多孔硅制备和发光机理,通过透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD),拉曼谱(Raman)及电致发光谱(EL)和光致发光谱(PL)的研究,发现轻掺硅片能制备出大孔多孔硅,其晶体结构是多晶硅、单晶硅与非晶硅共存;而重掺的硅片制备出纳米多孔硅,它具有单晶硅与非晶硅共存的晶体结构。在重掺的多孔硅中,由于有较高的隧穿效率,因而其正向和反向的电致发光效率基本相同;而对轻掺的样品,其正向电致发光具有较高的效率。另外,实验还发现,多孔硅孔径大小也对电致发光有影响。 通过红外谱(FTIR),Raman,扫描电镜(SEM)和PL的测试表明,纳米硼颗粒能钝化多孔硅的表面非辐射中心,从而提高多孔硅的发光效率,并且指出:多孔硅表面的蓝光发射不是来自量子效应,也不是由于表面的Si-C键引起的,而是多孔硅表面氧化物中的缺陷与光生载流子相互作用的结果。 实验利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术,在多孔硅表面制备了各种钝化膜,来稳定多孔硅的发光性能。研究表明,钝化工艺能明显的改善多孔硅的表面结构,提高多孔硅的发光效率,并增强多孔硅的发光稳定性。而多孔硅在不同环境中的时效试验表明,多孔硅的光致发光性能与时效溶液中金属离子的类型有关,金属离子的氧化性愈强,它就愈能提高多孔硅的发光效率;另一方面,氯离子在多孔硅的表面可能形成蓝光发射中心,从而提高多孔硅的发光效率。 本文还研究了不同工艺条件下制备的多孔硅的表面形貌、少于寿命和发光性能间的关系。研究证明,孔的深度和空隙度直接影响了多孔硅的少子寿命;在制备多孔硅前,硅片的表面引入金属,对多孔硅的形貌、发光特性和少子寿命起很重要的作用;当正面光照引入
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TN104.3

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