多孔硅材料制备新方法及其发光性能和机理的研究

【摘要】：多孔硅作为一种硅基纳米发光材料,由于具有与现有硅芯片集成容易、研制成本低以及发射光均匀、多色等优点而被国内外科学家广泛研究,现已成为20世纪90年代以来硅基纳米材料的主要代表。 本论文分别采用化学-电化学二步刻蚀法(以下简称二步法)和激光法两种方法制备多孔硅,并对其光致发光性能、表面和截面形貌、元素成分、表面键结构和相结构进行了测试和分析。 研究发现,采用二步法可以制备出具有优越发光性能的多孔硅。与电化学阳极氧化法制备的多孔硅相比,二步法多孔硅具有发光强度更高、发光稳定性更强的优点,且发生了发光峰的蓝移。试验结果表明,更高发光强度和更高发光稳定性的获得得益于Si-Ag键的形成。同时,二步法多孔硅具有独特的结构,即多孔硅上顶着硅线的结构和“多孔硅线”的结构。多孔硅上顶着硅线的结构可能实现多孔硅的良好电接触,从而为设计下一代多孔硅器件提供了可能的途径。另一方面,“多孔硅线”结构因其含有更多的多孔硅而被预计会有更高的发光强度,从而使制备高亮度多孔硅器件成为可能。 采用一定功率密度的激光处理覆盖有二氧化硅凝胶的多孔硅的方法,获得了在不影响其机械强度的前提下的多孔硅的蓝光发射。且该蓝光发射一旦获得,则其发光强度基本不再随激光功率密度变化而变化。激光法多孔硅的蓝光发射是因为激光作用导致多孔硅表面形成了Si-C键和Si-C-O键,而不是因为多孔硅中硅纳米晶的非晶化。