发光多孔硅微结构及其发光起源探讨

用制备发光多孔硅样品的常规电化学方法，在未抛光多晶硅表面，成功地制备出了均匀地发射肉眼可分辨的可见光样品。样品的先致发光光谱得到了测定，证明是一种典型的多孔硅光致发光光谱。用扫描电镜对样品的表面形貌、截面结构进行了详细的分析，摄制出了发光多孔硅样品的完整多孔状微结构清晰照片。实验结果认为多孔硅样品可分成三层：表面层、多孔层、单晶硅衬底；而多晶硅表面上制备的发光样品只有两层结构：表面层、多晶硅衬底。文中认为多孔硅可见光发射应来自其表面层，而与层下的多孔层微结构无关。     

扩Zn2+多孔硅的光致发光性能

用快扩散方式把Zn2 掺入到单晶硅中,再用阳极电化学腐蚀方法把样品腐蚀成多孔硅.利用荧光分光光度计测试了样品的光致发光特性,结果表明Zn2 的扩散增强了多孔硅的荧光发射,并分别利用扫描电镜和傅里叶变换红外光谱仪研究了多孔硅薄膜的表面形态和样品的红外吸收光谱.     

高效可见光发射多孔硅的红外光致发光表征

研究了７７Ｋ下高效可见光发射多也硅材料的红外光致发光光谱，并对多孔硅表面的硅晶体完整性作了分析和表征。     

调控多孔硅光致发光波长的研究

用超声声空化与脉冲电化学腐蚀相结合的物理化学综合法在不同的温度下制备多孔硅样品.所测得的样品的光致发光谱曲线表明,将腐蚀槽置于超声器中用脉冲电化学腐蚀方法制备的多孔硅样品,由于声空化所引发的特殊的物理、化学环境对其光致发光峰的波长有明显的影响.实验还表明,制备过程中的温度控制对样品的光致发光峰波长也有不可忽视的影响.     

发可见光多孔硅的电子顺磁共振研究

本文研究了发可见光的多孔硅薄膜及其粉末的电子顺磁共振(EPR)信号。采用不同电阻率和不同晶向的硅单晶衬底,经过不同条件的阳极氧化制成多孔硅薄膜,其光致发光峰在可见光范围,其EPR信号(标记为PK6)来自三角轴对称的自旋中心,对称轴方向是衬底晶格的〈111〉晶向。该结果说明多孔硅中保留着单晶硅成份。分析PK6的对称性及其g张量主值发现它很可能是硅悬键。多孔硅粉末的EPR信号表现为PK6信号的无规取向平均谱。     

H2O2催化多孔硅的光致发光研究

采用H2O2催化的电化学法制备多孔硅,用原子力显微镜观察了样品的形貌,并测量了在不同电流密度下制得的多孔硅和在不同氧化时间高温氧化的多孔硅的光致发光谱。实验结果表明,采用H2O2催化的电化学法制备的多孔硅与常规电化学法制备的多孔硅相比,其表面更平整、细密、均匀。随着电流密度和氧化时间的增加,多孔硅的发光谱峰位蓝移。此实验结果符合量子限制模型。     

石墨烯对多孔硅光学性能的影响北大核心

采用电化学腐蚀法,通过改变腐蚀电流密度制备出不同孔径的多孔硅衬底。通过荧光分光光度计对多孔硅进行光致发光性能测试,测试结果发现腐蚀电流密度会对其光致发光性能产生影响,当腐蚀电流密度为30 mA/cm^2时,制备出的多孔硅光致发光性能较好。通过湿法转移法将化学气相沉积(CVD)法制备出的石墨烯转移到多孔硅表面,利用喇曼光谱对石墨烯进行质量及层数检测。通过荧光分光光度计及傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对复合材料进行表征。结果表明石墨烯可以改变多孔硅表面态,使多孔硅的光致发光性能得到极大的提高。研究成果为多孔硅应用到光学传感器中提供了新的研究方向。     

氧与激光辐照对多孔硅光致发光光谱的影响

将化学腐蚀后的多孔硅样品分别置于大气和氧气中,用激光连续辐照其表面.观察到多孔硅的光致发光光谱峰位随辐照时间增加发生蓝移,最后达到稳定,在真空中作同样处理的多孔硅光致发光峰位却没有移动.X射线光电子谱测量结果表明,在大气及氧气中激光辐照的多孔硅层内并未探测到二氧化硅,结合红外吸收光谱实验,认为蓝移的原因可能是氧置换了多孔硅内表面的硅,出现Si-O-Si结构的结果.     

多孔β-SiC薄膜的蓝光发射

通过射频溅射的方法在单晶硅衬底上沉积了β-SiC薄膜,用HF酸(40%)和C2H5OH(99%)的混合溶液对β-SiC薄膜进行了电化学腐蚀处理,形成了多孔β-SiC(PSC)薄膜.利用荧光分光光度计研究了样品的光致发光(PL)特性,用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)观察了样品腐蚀前后的表面形貌.结果表明:多孔β-SiC薄膜具有较强的蓝光发射特性;通过改变腐蚀时间,可以改变蓝光发射的强度,也可以观察到蓝光-红光同时发射的现象;降低HF酸的浓度,蓝光发射峰明显变弱,并对多孔β-SiC薄膜的发光机理及其微观结构进行了讨论.     

多孔β-SiC薄膜的蓝光发射

通过射频溅射的方法在单晶硅衬底上沉积了βSiC薄膜,用HF酸(40 % )和C2 H5OH(99% )的混合溶液对βSiC薄膜进行了电化学腐蚀处理,形成了多孔βSiC(PSC)薄膜.利用荧光分光光度计研究了样品的光致发光(PL)特性,用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM )观察了样品腐蚀前后的表面形貌.结果表明:多孔βSiC薄膜具有较强的蓝光发射特性;通过改变腐蚀时间,可以改变蓝光发射的强度,也可以观察到蓝光红光同时发射的现象;降低HF酸的浓度,蓝光发射峰明显变弱,并对多孔βSiC薄膜的发光机理及其微观结构进行了讨论.     

用于制备SOI材料的基于硅片键合和双层多孔硅剥离的薄外延硅膜转移技术

采用在阳极化反应时改变电流强度的办法 ,在高掺杂的 P型硅 (111)衬底上制备了具有不同多孔度的双层结构多孔硅层 .用超高真空电子束蒸发技术在多孔硅表面外延生长了一层高质量的单晶硅膜 .在室温下 ,该外延硅片同另一生长有热二氧化硅的硅片键合在一起 ,在随后的热处理过程中 ,键合对可在多孔硅处裂开 ,从而使外延的单晶硅膜转移到具有二氧化硅的衬底上以形成 SOI结构 .扫描电镜、剖面投射电镜、扩展电阻和霍尔测试表明 SOI样品具有较好的结构和电学性能     

Mechanism of the subband excitation of photoluminescence from erbium ions in silicon under high-intensity optical pumping

The photoluminescence (PL) excitation spectra of erbium and band-to-band silicon in Si:Er/Si epitaxial structures under high-intensity pulsed optical excitation are studied. It is shown that the nonmonotonic dependence of the PL intensity on the excitation wavelength ??_ex near the absorption edge of silicon is due to inhomogeneity in the optical excitation of the Si:Er active layer. The sharp rise in the erbium PL intensity in the spectral range ??_ex = 980?1030 nm is due to an increase in the excited part of the Si:Er emitting layer on passing to subband light pumping (??_ex > 980 nm) with a low absorption coefficient in silicon because of the effective propagation of the excitation light in the bulk of the structures under study. It is shown that, under the subband optical pumping of Si:Er/Si structures, as also in the case of interband pumping, the exciton mechanism of erbium ion excitation is operative. Excitons are generated under the specified conditions as a result of a two-stage absorption process involving impurity states in the band gap of silicon.     

多孔硅的微结构和喇曼光谱

多孔硅（ＰｏｒｏｕｓＳｉｌｉｃｏｎ）是晶体硅于氢氟酸溶液中在硅衬底上形成的多孔态的硅材料。ＰＳ可见光区的强烈光辐射使其成为世界范围的研究焦点。本文用电化学方法制得了ＰＳ结构，扫描电子显微镜（ＳＥＭ）的结果表明ＰＳ是一个硅的毫微结构量子线的网络，光致发光（ＰＬ）谱表明ＰＳ发可见红光，而喇曼光谱显示一个在５１６ｃｍ（－１）附近的非对称峰，说明ＰＳ是一种新型的硅材料。     

Purification of metallurgical-grade silicon powder via chemical attack by hydrofluoric and nitric acids followed by thermal treatment

We investigated a novel process for purifying metallurgical-grade silicon (MG-Si). MG-Si powder was first treated to form a thin porous silicon layer. This was heated at 900 °C under oxygen to weaken impurity–Si bonds. Samples were then chemically etched with dilute aqueous hydrofluoric acid. To understand the mechanisms in this purification process, structural, chemical composition and optical properties of MG-Si powder before and after treatment were characterized using Fourier-transform infrared (FTIR), inductively coupled plasma-atomic emission (ICP-AES), and photoluminescence (PL) spectroscopy techniques. FTIR studies of treated MG-Si powder revealed the formation of a thin porous silicon layer on the top surface, as evidenced by SiH_x vibration peaks. PL spectra show that 30-min HF etching of MG-Si led to an increase in red emission, indicating the formation of porous silicon and suggesting a decrease in impurities. ICP-AES revealed that the process led to significant decreases in the concentrations of 15 different elemental impurities.     

钝化多孔硅的光致发光

选用含有胺基的正丁胺 (CH3CH2 CH2 CH2 - NH2 )作碳源 ,采用射频辉光放电法制备碳膜对多孔硅进行碳膜钝化 ,其光致发光谱和存放实验表明 :正丁胺对多孔硅进行钝化是一种十分有效的多孔硅后处理途径 .研究了钝化多孔硅的光致发光谱随钝化温度和钝化时间的变化关系 ,其结果显示 :通过调节钝化条件可实现钝化多孔硅最大的发光效率和所需要的发光颜色     

多孔硅外延转移技术制备以氮化硅为绝缘埋层的SOI新结构

为减少自加热效应 ,利用多孔硅外延转移技术成功地制备出一种以氮化硅为埋层的 SOI新结构 .高分辨率透射电镜和扩展电阻测试结果表明得到的 SOI新结构具有很好的结构和电学性能 ,退火后的氮化硅埋层为非晶结构 .     

Luminescent Colloidal Dispersion of Silicon Quantum Dots from Microwave Plasma Synthesis: Exploring the Photoluminescence Behavior Across the Visible Spectrum

Aiming for a more practical route to highly stable visible photoluminescence (PL) from silicon, a novel approach to produce luminescent silicon nanoparticles (Si‐NPs) is developed. Single crystalline Si‐NPs are synthesized by pyrolysis of silane (SiH₄) in a microwave plasma reactor at very high production rates (0.1–10 g h^?1). The emission wavelength of the Si‐NPs is controlled by etching them in a mixture of hydrofluoric acid and nitric acid. Emission across the entire visible spectrum is obtained by varying the etching time. It is observed that the air oxidation of the etched Si‐NPs profoundly affects their optical properties, and causes their emission to blue‐shift and diminish in intensity with time. Modification of the silicon surface by UV‐induced hydrosilylation also causes a shift in the spectrum. The nature of the shift (red/blue) is dependent on the emission wavelength of the etched Si‐NPs. In addition, the amount of shift depends on the type of organic ligand on the silicon surface and the UV exposure time. The surface modification of Si‐NPs with different alkenes results in highly stable PL and allows their dispersion in a variety of organic solvents. This method of producing macroscopic quantities of Si‐NPs with very high PL stability opens new avenues to applications of silicon quantum dots in optoelectronic and biological fields, and paves the way towards their commercialization.     

制备及钝化条件对多孔硅发光性能的影响

研究了氧化电流密度对多孔硅（PS）PL谱的影响。结果表明，随着氧化电流密度增大，PS的微晶Si平均尺寸减小，且尺寸的微晶Si数量也减少，说明制备条件对钝化PS的发光有影响；PS经适当的高温氧化处理后，其PL谱会发生明显变化；选用含有胺基的正丁胺，采用射频辉光放电法对PS进行钝化处理，在一定程度上提高了PS的发射强度伴随发光峰值的较大蓝移；其钝化PS的荧光谱随钝化温度和钝化时间变化，说明钝化条件对钝化PS的发光有直接影响。由此，可以通过调节制备和钝化条件来获得最大的发光效率和所需要的发光颜色。     

硅发光研究进展

硅是间接带隙半导体, 不能有效地发光.量子理论、超晶格理论和纳米技术的发展,给硅基发光研究提供了理论的和技术的支撑.研究者通过不同的途径去实现硅的有效发光:多孔硅、纳米硅、Si/SiO2超晶格、计算化设计与硅晶格匹配的直接带隙半导体.文章报道了这些方面的最新研究进展.