多孔硅的制備-資料下載頁(yè)

　　

【正文】 機(jī)理多孔硅的光致發(fā)光性能經(jīng)過十幾年的研究，其發(fā)光機(jī)理已提出了很多，但是沒有一種理論能夠解釋所有試驗(yàn)現(xiàn)象。為大多數(shù)研究者所接受的發(fā)光機(jī)理[18]是以下六種：l、量子限制模型；氫化的非晶硅模型；表面氫化物模型；缺陷模型；硅酸鹽模型；表面態(tài)模型。這些模型都有其物理基礎(chǔ)，都能在某些場(chǎng)合證明理論的正確性。量子限制模型是第一個(gè)用來解釋多孔硅發(fā)光的模型。量子限制效應(yīng)導(dǎo)致了多孔硅能隙的擴(kuò)大并造成了與多孔硅空隙率有關(guān)的光致發(fā)光譜，它也可以用來解釋多孔硅中出現(xiàn)的可調(diào)制的光致發(fā)光現(xiàn)象；在進(jìn)一步的化學(xué)腐蝕中出現(xiàn)的吸收帶和光譜的藍(lán)移也能用進(jìn)一步減小多孔硅的尺寸來解釋。但是即使是在量子限制效應(yīng)起作用的情況下，發(fā)光峰的波長(zhǎng)也不是僅僅與尺寸有關(guān)。新鮮制備的高空隙率多孔硅不在空氣中時(shí)效時(shí)，其發(fā)光波長(zhǎng)是在3ev處，一旦把多孔硅放在空氣中時(shí)效，發(fā)光峰就會(huì)移到2ev處。另外，在不能很好的區(qū)別擴(kuò)展態(tài)和淺局域態(tài)的情況下，即使量子限制效應(yīng)對(duì)多孔硅的發(fā)光扮演了重要的角色，但為了考慮表面效應(yīng)，純量子限制效應(yīng)模型也需要一些補(bǔ)充。氫鈍化非晶硅模型用來解釋多孔硅的發(fā)光特性是由于在陽(yáng)極氧化過程中能生長(zhǎng)出氫鈍化的非晶硅，它能在可見光波段發(fā)光?？烧{(diào)制的多孔硅光致發(fā)光現(xiàn)象可以由融硅效應(yīng)和氫氧比的變化來說明；時(shí)間分辨的光致發(fā)光現(xiàn)象的研究也說明非晶硅材料具有的無序特性在結(jié)合動(dòng)力學(xué)中扮演重要的角色。但是，在一些多孔硅結(jié)構(gòu)研究中發(fā)現(xiàn)，多孔硅中非晶硅的含量很少；當(dāng)溫度從低溫向室溫轉(zhuǎn)變時(shí)，非晶硅有關(guān)的發(fā)光應(yīng)會(huì)淬滅，但多孔硅的發(fā)光是增強(qiáng)的；最重要的是多孔硅的發(fā)光特性具有電子和振動(dòng)的特性，這和晶體硅的特性很相似。很多證據(jù)表明多孔硅表面的氫原子在多孔硅的發(fā)光特性中扮演很重要的角色。當(dāng)多孔硅在一定保護(hù)氣體下熱處理時(shí)，由于氫原子的解吸附造成多孔硅發(fā)光強(qiáng)度的急劇下降；另一方面，當(dāng)多孔硅放入HF酸中時(shí)，由于氫原子的重新吸附使光致發(fā)光現(xiàn)象能夠恢復(fù)。但是在另外的研究中也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大部分氫原子還在多孔硅的表面時(shí)，多孔硅的光致發(fā)光也可能淬滅，這是由于多孔硅表面懸掛鍵的出現(xiàn)而形成了非輻射衰竭中心；另一方面，當(dāng)多孔硅表面的氫原子被氧原子取代后，多孔硅還表現(xiàn)出很好的發(fā)光特性。在缺陷模型中，可見的發(fā)光來自多孔硅外部載流子局域中心，即在多孔硅表面的硅原子和硅氧化物中的缺陷。然而，發(fā)光的納米晶硅顆?？梢詠碜院芏嗟胤?，并且可以被氫原子或氧原子鈍化，所以相同的缺陷或雜質(zhì)不會(huì)總是存在的：在剛制備的多孔硅中由于硅氧化物的缺乏，缺陷對(duì)發(fā)光不起作用；另外，來自缺陷的發(fā)光很少受多孔硅結(jié)構(gòu)尺寸的影響，因而也就不能證實(shí)可調(diào)的多孔硅發(fā)光現(xiàn)象。硅酸鹽能在多孔硅形成過程中生成，而且它具有與多孔硅相似的發(fā)光特性因而被用來解釋多孔硅的發(fā)光性能。硅酸鹽具有紅色可見的光致發(fā)光譜，而且的紅外光譜也和時(shí)效多孔硅的相似。但是也有很多證據(jù)表明這個(gè)理論是有缺陷的，在剛制備的多孔硅中，不具有氧，多孔硅也能發(fā)光；另一方面，當(dāng)多孔硅在800℃以上熱處理時(shí)，硅酸鹽應(yīng)該已經(jīng)分解，但多孔硅還是能夠發(fā)光。多孔硅具有很大的比表面積，因而它也被用來解釋多孔硅的發(fā)光特性。在表面態(tài)模型中，吸收發(fā)生在量子限制結(jié)構(gòu)中，而發(fā)光現(xiàn)象則發(fā)生在局域表面態(tài)上。一個(gè)有層次的傳輸過程能夠用來解釋多孔硅不同的發(fā)光譜：由于光生載流子轉(zhuǎn)移進(jìn)入表面態(tài)，因而不同的吸收和發(fā)射能量就能用這個(gè)模型來解釋；而不同的表面處理和外在影響造成的多孔硅發(fā)光譜的變化也能用這個(gè)理論來解釋，但是共振激發(fā)光致發(fā)光現(xiàn)象不能用這個(gè)表面效應(yīng)模型來解釋，因?yàn)楸砻婕ぷ拥牟ê瘮?shù)是延伸到很多硅原子上的而不是局域在某個(gè)地方的；而溫度依賴的少子壽命研究也表明載流子不是局域在原子尺寸的，而是存在于整個(gè)納米硅晶體中的，因而發(fā)光不是來自帶隙中的局域態(tài)而是外部的電子態(tài)；另外，極化光致發(fā)光譜的測(cè)試也指出光致發(fā)光現(xiàn)象具有外在電子態(tài)的特性。結(jié)束語(yǔ)多孔硅的在電學(xué)上的應(yīng)用非常廣泛，如用作犧牲層、絕熱層、場(chǎng)發(fā)射陰極和氣濕敏材料等。由于其原料儲(chǔ)備大，制作工藝簡(jiǎn)單，是一種很有潛力的材料。硅用作場(chǎng)發(fā)射陰極的材料，它的優(yōu)點(diǎn)是可以與控制電路集成在一起，體積小，重量輕；由于其孔隙率高、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，有利于它對(duì)氣體的吸收和感應(yīng)，是一種較為理想的薄膜生長(zhǎng)載體。多孔硅作為新興的結(jié)構(gòu)材料，需要研究的方面還很多，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，在實(shí)驗(yàn)過程中還有諸多不足。主要體現(xiàn)在對(duì)多孔硅膜厚、孔徑大小等微結(jié)構(gòu)還不能完成可控制備。但多孔硅具有已被人們所熟知的光致發(fā)光、電致發(fā)光等特性。它的這些特性決定了它在光電子方面、光學(xué)方面、能量轉(zhuǎn)換、微電子學(xué)和傳感器等方面具有巨大的應(yīng)用前景。因此，多孔硅這種新興的結(jié)構(gòu)材料必將有極大的應(yīng)用潛能。 參考文獻(xiàn)[1] Uhlir A J R. Electrolytic Shaping of Germanium and Silicon[J].The Bell Systrm Technical Jounal，1956，35:33347[2] Pickering C, Beale M I J, Bobbins D J, et studies of the structure of porous silicon films formed in ptype degenerate and nondegenerate silicon[J].Solid State Phys，1984, C17: 6535[3] Canham L T. Silicon quantum wire array fabrication by electrochenical and chemical dissolution of wafers[J].Applied Physics Letters，1990，57:10461048[4] Cullis A G，Canham L T，and Calcott P D structural and luminescence propertier of porous silicon[J].Journal of Applied Physics，1997，82: 909956[5] Beal M I J, Benjamin J M, Uren M J, et al.　An experimental and theoretical study of the formation and microstructure of porous silicon[J].J Gryst Growth, 1985, 73:622625 [6] Witten T A, L M Sander. Diffusionlimited aggregation[J].Phys Rev B, 1983，27: 56865679[7] Lehman V，Gosele U .Porous silicon formation:a quantum wire effct[J].Appl Phys Lett，1991，58(8):856858[8] 江濤. 多孔硅的制備、后處理和光學(xué)生物傳感器的研究[D].新疆大學(xué)，：1013[9] 任清褒. 多孔硅制備方法進(jìn)展[J].麗水師范?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，1999, 21(5):1619[10] 陳乾旺，李新建，朱警生. 多孔硅研究的新進(jìn)展[J].電子顯微學(xué)報(bào)，1997,16(4):493496[11] 李谷波. 獲得多孔硅藍(lán)綠光發(fā)射的新方法[J].四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，19(2):132135[12] 蔡南科. 多孔硅微結(jié)構(gòu)與應(yīng)用研究[D].浙江師范大學(xué)，:711[13] 0. Bisi， and .　Porous silicon:　a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics[J].Surface Science Reports，2000,38:14[14] 徐東升，郭國(guó)霖，桂琳琳等. 超臨界干燥和普通干燥法對(duì)多孔硅的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的影響[J].科學(xué)通報(bào),1999，44(1):22722276[15] 虞獻(xiàn)文，陳燕艷，應(yīng)桃開等. 多孔硅新的表面處理技術(shù)[J].半導(dǎo)體學(xué)報(bào),2005，26 (2):406409[16] 虞獻(xiàn)文，朱榮錦，朱自強(qiáng)等. 多孔硅的干燥方法研究[J].半導(dǎo)體學(xué)報(bào),2003,24(6):663665[17] 趙岳，蔣民華，楊德仁. 多孔硅的光電性能研究[D].浙江大學(xué)，：1821[18] 汪開源，唐潔影. 多孔硅發(fā)光機(jī)制的分析[J].固體電子學(xué)研究與進(jìn)展，1994,14(4)：317322