多孔硅的表面处理及其对光致发光性能的影响

摘要

多孔硅在室温下可以发射很强的可见光，所以它在半导体照明和光电集成方面具有很大的应用前景。但是当多孔硅存放在空气中时，多孔硅的发光强度会逐渐减弱，于是多孔硅发光的不稳定性成为多孔硅在应用过程中最大的障碍。本文采用一系列新颖的表面处理方法，对多孔硅光致发光性能进行改善，处理后的多孔硅发光强度显著增加。 本论文研究了不同活性的低能(800eV)离子辐照对多孔硅发光性能的影响。在氩离子辐照的情况下，辐照后的多孔硅光致发光(PL)发生猝熄，而当把辐照之后的多孔硅存放在空气中，PL会发生恢复，但最终恢复的强度低于原始多孔硅的发光强度。PL的猝熄是由于辐照使多孔硅表面产生了缺陷，这些缺陷作为非辐射复合中心使PL发生猝熄。PL的恢复与Si-H键的背键氧化有关；在氮离子辐照的情况下，PL性能的变化与氩离子辐照类似，但是PL恢复的强度强于原始多孔硅，这与辐照过程中形成的Si-N键有关；而在氧离子辐照的过程中，Si-H键被辐照的氧离子氧化，多孔硅表面形成一层欠氧的氧化层SiOx(1＜x＜2)，多孔硅PL性能的变化与氩离子、氮离子辐照不同，这主要与氧化层中的氧缺陷有关。 存放环境对辐照后多孔硅的发光性能有很大影响，本论文从表面化学键的角度对该问题进行了研究。离子辐照后的多孔硅存放在水和乙醇溶液中，由于抑制了Si-H键的背键氧化，使多孔硅发光强度不能完全恢复。 本论文尝试用退火的方法，在氮离子辐照前破坏多孔硅表面的Si-H键，希望为氮离子提供更多可以反应的硅悬键。试验结果表明，本文采用的退火工艺不能够破坏多孔硅表面的Si-H键。 另外，本论文还尝试用超声分散多孔硅层的方法制备硅的纳米颗粒，含有硅纳米颗粒的丙酮溶液具有超强的蓝光发射。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1多孔硅材料的研究意义

1.2多孔硅材料的研究概况

1.3多孔硅材料的表面修饰

1.3.1表面氧化处理

1.3.2氮的热退火钝化多孔硅

1.3.3碳膜钝化多孔硅表面

1.3.4金属钝化多孔硅表面

1.4离子辐照对多孔硅材料发光性能的影响

1.4.1高能离子辐照

1.4.2低能离子辐照

1.4.3其它辐照处理

1.4.4离子辐照钝化机理

1.5存放环境对多孔硅材料发光性能的影响

1.6低温退火对多孔硅材料发光性能的影响

1.7本试验的思路及创新之处

第二章试验材料与装置

2.1试验材料

2.2试验装备与测试设备

2.2.1多孔硅电化学刻蚀装置

2.2.2 JGP450G型三靶共溅射高真空磁控溅射设备

2.2.3 GSL1600X真空管式高温炉

2.2.4井式退火炉

2.2.5超声波清洗器

2.2.6光致发光性能测试

2.2.7表面价键分析

2.2.8非晶化检测

2.3样品的制备

2.3.1电化学刻蚀多孔硅

2.3.2低能离子辐照

2.3.3退火工艺

2.3.4硅纳米颗粒的制备

第三章试验结果与讨论

3.1低能离子辐照多孔硅

3.1.1低能氩离子辐照多孔硅

3.1.2低能氮离子辐照多孔硅

3.1.3低能氧离子辐照多孔硅

3.2存放环境对离子辐照后多孔硅发光性能的影响

3.2.1光致发光性能

3.2.2表面化学键的分析

3.3退火对多孔硅发光性能的影响

3.3.1退火的目的

3.3.2光致发光性能

3.3.3表面化学键的变化

3.4利用多孔硅制备发光纳米硅颗粒

4.4今后的研究方向

第四章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢