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《曲阜师范大学》 2004年
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多孔硅镶嵌染料发光及电致发光特性研究

倪梦莹  
【摘要】:现如今,发光材料和光电子器件由于其在信息显示和光纤通讯等方面的广阔应用前景,发展甚为迅速。众所周知,单晶硅是当今微电子工业的支撑材料,由于它的禁带宽度为1.12eV,且为间接带隙材料,从而限制了它在光电子器件中的应用。1990年,Canham发现了室温下多孔硅的可见区域发光,为实现全硅光电子集成带来了希望。硅基材料能否实现高效发光,从而做成高效率的激光器及发光二极管等,这是人们一直追求的目标。 本文利用多孔硅独特的微孔结构,巨大的比表面积(可达600m~2/cm~3),很强的吸附能力和灵敏的表面光学性质等特点,将有机染料镶嵌其中,研究了复合膜的光学性质,有效地实现了硅基蓝绿发光;利用多孔硅发光二极管的Ⅰ—Ⅴ特性,分析了多孔硅内部载流子的产生与传输过程,讨论了多孔硅电致发光效率较低的原因,提出了提高多孔硅电致发光效率的新方法。 第一章是多孔硅应用研究的概述部分。大体分析了现如今多孔硅应用研究的几个方向;讲述了多孔硅在多孔硅基发光材料及电致发光方面的应用研究的现状;最后,对多孔硅的广阔应用前景做了展望。 第二章是关于多孔硅镶嵌有机染料复合膜的光学特性研究。首先介绍了有机染料的发光机制,其次对新制备多孔硅镶嵌染料香豆素102(C102)的光学特性做了研究,最后分别讨论了多孔硅经真空退火和暴露大气退火后其镶嵌C102特性的变化。 通过实验测量我们发现,多孔硅镶嵌C102复合膜的发光相当稳定,对比C102在固、液及镶嵌状态下的荧光光谱我们发现,镶嵌在多孔硅中的C102发光与其在液态下的发光相似,表现出了染料单分子的发光行为,但不排除有少量聚体的存在,发光谱线的对称性明显提高。对比两种不同条件退火后的多孔硅镶嵌特性,我们发现氧化会提高多孔硅衬底对染料分子的吸附性及多孔硅薄膜的透明程度,改变染料分子与多孔硅基体的能量转移程度,从而 曲阜师范大学硕士研究生毕业论文 第n页 增强了镶嵌复合膜的荧光强度,另外,处于微孔中的染料分子聚集程度增加, 二聚体增多,荧光光谱发生微弱红移。以上实验充分证明了多孔硅也是一种 很好的载体,在发展固体激光器方面有一定的应用,同时为实现硅基蓝绿发 光打开一条新的途径。 第三章是关于多孔硅电致发光特性方面的研究。主要从两方面进行分 析:一方面分析了多孔硅电致发光的几种器件原型,另一方面从多孔硅发光 二极管的I一一V特性入手,分析了多孔硅发光二极管的载流子传输特性,解 释了多孔硅的电致发光现象,提出了改善多孔硅电致发光效率的方法。 如果从应用器件角度来看,多孔硅的电致发光(EL)将比其光致发光 (PL)更受人重视。但由于多孔硅的电致发光效率较低、稳定性差等缺点, 使得它的应用进展非常缓慢。正因为如此,更多的人们开始研究这一课题, 试图找到解决这一问题的方法。我们通过十几年来人们对多孔硅电致发光的 研究,综述了几种多孔硅电致发光的器件原型:肖特基二极管结构、P诩二 极管结构、MOS型二极管结构以及液态下的电致发光等,从制备方式及发 光机理上对各种器件原型进行了分析。实验中,我们制备了肖特基二极管结 构的多孔硅发光二极管,通过我们的实验发现多孔硅发光二极管都表现出很 好的整流特性,由于多孔硅的特殊微结构及性质,其二极管特性并不完全等 同于一般二极管,利用其I一V特性,我们分析了多孔硅发光二极管中载流 子的产生和传输过程,并解释了其发光碎灭的原因。止匕外,我们还发现,引 起载流子产生的强大电场也会导致电子和空穴立即分开,降低复合效率,因 此如果在低电场下能够实现大量载流子在限制性Si微拉中的复合,是提高多 孔硅电致发光效率的一个途径。
【学位授予单位】:曲阜师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN304

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【参考文献】
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