硅纳米线光致发光的原理及研究进展_杨丽娇

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硅纳米线纳米器件的研究进展

硅纳米线纳米器件的研究进展

收稿日期:2006-12-20. 动态综述硅纳米线纳米器件的研究进展裴立宅(安徽工业大学材料科学与工程学院,安徽省金属材料与加工重点实验室,安徽马鞍山243002)摘 要: 硅纳米线作为一类重要的一维半导体纳米材料,在纳米器件方面具有很好的应用前景,可以用于高性能场效应晶体管、单电子探测器和场发射显示器件等纳米器件的制备。

介绍了近两年来硅纳米线作为检测细胞、葡萄糖、过氧化氢、牛类血清蛋白和DNA 杂交方面的纳米传感器、纳米晶体管、光电探测器等纳米器件的最新进展,并对其研究前景做了展望。

关键词: 硅纳米线;纳米器件;传感器;晶体管中图分类号:TN304.12 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2007)02-0156-05R esearch Development of Silicon N anowire N anoscale DevicesPEI Li 2zhai(School of Materials Science and E ngineering ,K ey Lab.of Materials Science and Processing ofAnhui Province ,Anhui U niversity of T echnology ,Ma ’anshan 243002,CHN )Abstract : Silicon nanowire is an important one 2dimensional semiconductor nanoscale material and is very p romising in application of nano scale devices ,such as field effect transistors wit h good p roperties ,single elect ron detector and field emission display devices.Recentdevelop ment s of silicon nanowire nanoscale devices ,such as nanoscale sensors for detecting cell ,glucose ,hydrogen peroxide ,bovine serum albumin and DNA hybridization ,nanoscale transistors and p hotot ransistor are introduced.The develop ment of nano scale devices wit h silico n nanowires is also discussed.K ey w ords : silicon nanowires ;nano scale devices ;sensors ;t ransistors1 引言硅纳米线由于自身特有的荧光、紫外等光学特性;场发射、电子输运等电学特性;热传导、高表面活性和量子限制效应等特性[1~4]引起了科技界的广泛关注,在纳米器件方面具有很大的潜在应用价值。

硅纳米线材料的制备及其性能研究

硅纳米线材料的制备及其性能研究

硅纳米线材料的制备及其性能研究硅纳米线是一种极小尺度的材料,具有很多独特的性质。

例如,它们具有高比表面积,优良的电子输运性能和光电转换性能等。

这些特性使得硅纳米线有广泛的应用前景,包括太阳能电池、传感器和电子器件等。

本文将就硅纳米线的制备方法及其性能研究进行分析和探讨。

一、硅纳米线的制备方法硅纳米线的制备方法有多种,其中最常见的两种是气相和液相生长法。

对于气相生长法,该方法通常使用金属催化剂在高温下制备硅纳米线。

这种方法的优点是可以制备出高质量的硅纳米线并且可以进行大规模生产。

但是,随着硅纳米线的批量增加,在金属催化剂残留的情况下,硅纳米线使用的可行性也在下降。

此外,气相法还需要复杂的实验设备和条件。

另一种常见方法是液相法,其中硅源和氧化还原光化学剂在有机溶液中使用。

反应条件相对温和,可制备出高品质和大规模的硅纳米线。

因此,液相法是更好的方法,其中最常用的方法之一是在水中使用硅源和还原剂。

但是,生长方法通常涉及到多个参数,如反应时间,反应温度和反应条件等,需要不断调整和优化。

二、硅纳米线的性能研究硅纳米线有很多特殊的性质,其中一些是由它们的形态和尺寸所决定的。

例如,硅纳米线具有高比表面积和表面反应率,这意味着它们可以用来作为传感器或催化剂等。

在太阳能电池方面,硅纳米线的有效面积比传统的硅基太阳能电池更大。

这种变化可以提高电池的能量转换效率。

此外,硅纳米线还具有优异的电子输运性能。

它们的导电特性依赖于其尺寸和形状以及其表面上的化学官能团。

在该领域进行的许多研究已经证明了硅纳米线的导电性能。

例如,在电子场中测量硅纳米线的电流-电压关系表明它们具有优异的电子输运特性。

这些成果可以使硅纳米线应用于电子器件中的大量应用性能。

在硅纳米线的光电转换方面,研究表明硅纳米线具有卓越的性能。

这些性能包括较高的光吸收和电荷分离效率。

硅纳米线的特殊形态和尺寸可以增加光吸收,而高电荷分离效率则有助于提高太阳能电池的效率。

硅纳米晶的光致发光研究

硅纳米晶的光致发光研究

硅纳米晶的光致发光研究作者:陈家荣来源:《硅谷》2012年第18期摘要:主要研究在Si—nc的制备过程中制备不同的多层结构,是否对材料进行热处理后的Si—nc的光致发光强度,其实验结果表明多层结构对Si—nc的发光强度有一定的影响,改变多层结构可提高Si—nc的光致发光强度,同样经过热处理也可提高Si—nc的发光强度。

关键词: Si—nc;光致发光;退火;量子限制效应0 引言基于当代硅技术的光电集成,对硅光源以及硅基波导和硅基谐振腔提出了迫切的需求。

最近对后两者的研究取得了突破性的进展,Rong等人报道了全硅拉曼激光器。

然而硅光源的发展依然比较缓慢。

镶嵌于二氧化硅基质中的硅纳米晶(nc—Si)由于其发光的稳定性、结构的稳固性以及所具有的受激辐射特性,在过去的几年里已经成为研制硅光源的优选材料。

但是基于nc—Si的硅光源发光仍然较弱,谱线较宽,载流子注入效率比较低等问题大大限制了它的发展。

因此,提高发光效率是实现硅基光电集成的必要条件[1]。

当纳米晶尺寸缩小到与其激子玻尔半径相当时,会产生所谓量子限制效应(quantum confinement effect),该纳米晶就称为量子点。

在量子点中,电子或空穴的运动在三维空间都受到约束,载流子只能位于分离的束缚能级,运动完全量子化,从而削弱了动量守恒的限制。

所以半导体纳米晶与同成份的体材料在电子结构上是不同的。

主要表现在随着尺寸的减小,半导体能隙加宽,电子—空穴交换作用加强,激子束缚能增大,光跃迁振荡强度提高等。

量子约束效应中,报道得最多的是量子尺寸效应,即随着量子点尺寸的减小,带隙增加。

这意味着对于具有固定化学组成和晶体结构的某种材料,仅仅凭借其物理尺寸的变化就可以调节其光学性质。

多孔硅和纳米晶硅发可见光正是基于量子约束这个原理[2]。

本文的主要目的是研究在Si—nc的制备过程中制备不同的多层结构,是否对材料进行热处理后的Si—nc的光致发光强度,其实验结果表明多层结构对Si—nc的发光强度有一定的影响,改变多层结构可提高Si—nc的光致发光强度,同样经过热处理也可提高Si—nc的发光强度。

硅纳米线论文:硅纳米线Bi2SiO5Cu2O光催化阵列结构

硅纳米线论文:硅纳米线Bi2SiO5Cu2O光催化阵列结构

硅纳米线论文:硅纳米线 Bi2SiO5 Cu2O 光催化阵列结构【中文摘要】硅纳米线材料是近年来发展起来的一种新型的非常重要的纳米半导体材料,与其块体材料相比,显现出奇异的物理和化学特性,其应用也越来越广泛,成为了目前纳米技术领域科学研究的热点和前沿之一。

在光催化降解环境污染物领域,硅纳米线复合结构因其具有高的电化学稳定性,高效的电子-空穴分离效率,以及易于选择的可见光吸收半导体能带等优势被广泛地研究,展现出重要的应用价值。

本文采用金属催化化学腐蚀法制备出硅纳米线阵列,通过对硅纳米线进行表面修饰,制备了Bi2SiO5/Si和Cu2O/Si纳米线复合阵列结构,采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和紫外可见光分光光度计等仪器对其形貌、微观结构和光催化性能进行了系统的研究,取得了以下的主要研究结果:1.采用金属催化化学腐蚀法成功地制备出硅纳米线阵列,并对其形貌和微观结构进行了系统的表征,发现硅纳米线排列规整、取向一致,直径在30200 nm之间,长度约为65μm,生长方向为原始单晶硅片的晶向方向,且具有单晶特征。

2.采用浸涂退火法成功地在硅纳米线表面实现Bi2SiO5修饰,发现修饰后硅纳米线的长度、形貌和微观结构的固有特征在处理过程中没有被破坏。

以甲基橙有机染料作为被降解物研究其光催化性能,发现复合结构的紫外光催化降解能力相对硅纳米线阵列有大幅提高;提出了其光催化降解机制,认为Bi2SiO5/Si纳米线复合阵列结构中的异质结有效地提高了电子-空穴的分离效率,从而增强了其光催化降解能力。

3.采用化学镀退火法制备出了具有p-n结特征的Cu2O/Si纳米线复合阵列结构,研究发现Cu2O/Si纳米线复合阵列结构仍保持了硅纳米线的长度、形貌和微观结构的固有特征。

以其作为光催化剂催化降解甲基橙有机染料,光催化结果表明复合结构的可见光催化降解能力相对硅纳米线阵列更优异,认为Cu2O/Si纳米线复合阵列结构中的p-n结结构更有利于电子-空穴的产生与分离,从而提高了Cu2O/Si纳米线复合阵列结构的光催化活性和光催化稳定性。

单晶硅片的光致发光和电致发光研究

单晶硅片的光致发光和电致发光研究

单晶硅片的光致发光和电致发光研究单晶硅片是一种常见的材料,因其具有较高的光学和电学性能而在光电子器件领域得到广泛应用。

其中,光致发光和电致发光是单晶硅片的两个重要研究领域。

本文将依次介绍单晶硅片的光致发光和电致发光的研究进展和应用。

光致发光指的是将光能转化为光子能量的过程。

在单晶硅片中,通过在材料中加入掺杂的杂质,可以实现光致发光的效果。

典型的掺杂元素包括铱、锰和镓。

当单晶硅片受到光的照射时,掺杂元素会吸收外界光的能量,并在材料中产生激发态。

激发态通常是高能量的电子态,它会迅速退激并释放出能量差,形成光子并辐射出去。

这样就实现了光致发光的现象。

单晶硅片的光致发光具有很多应用。

最常见的是在LED器件中,通过将掺杂元素引入单晶硅片,可以实现不同颜色的光致发光效果。

LED器件具有高效、节能、寿命长等优点,因此在照明、显示等领域得到广泛应用。

此外,光致发光还可以用于光电探测、生物医学成像等领域。

电致发光是指在外加电场作用下,单晶硅片产生的发光现象。

与光致发光不同的是,电致发光是由电能转化为光能的过程。

在单晶硅片中,所加入的杂质通常是可控的,通过控制材料中杂质的浓度和分布,可以实现电致发光的效果。

当单晶硅片中的掺杂元素在外加电场的作用下,电子受到激发并跃迁到高能级激发态。

随后,电子从高能级激发态退激并释放出能量差,形成光子并辐射出去。

电致发光在显示技术中具有重要的应用。

例如,有机发光二极管(OLED)就是一种常见的电致发光器件,它由一系列有机化合物形成了多层薄膜结构。

当外加电场通过OLED材料时,电子从低能级跃迁到高能级并产生激发态,最终形成光致发光效果。

OLED器件具有自发光、超薄、柔性等优点,在平板显示器、手机屏幕等领域得到广泛应用。

总结而言,单晶硅片的光致发光和电致发光研究是光电子器件领域的热门研究方向。

通过在单晶硅片中引入掺杂元素,并在光或电场作用下实现激发态的形成和退激,可以实现光致发光和电致发光效果。

硅纳米线的生长与电学性质研究

硅纳米线的生长与电学性质研究

硅纳米线的生长与电学性质研究硅纳米线是一种在纳米尺度下具有独特性质的材料,其具有高比表面积、优异的电学特性、化学稳定性等特点,因此在纳米电子学、纳米光电子学、纳米生物学等领域具有广泛的应用前景。

目前,生长硅纳米线的方法主要有热化学气相沉积法、电化学沉积法、溶胶凝胶法等。

本文将着重讨论硅纳米线的生长与电学性质研究。

一、硅纳米线的生长硅纳米线的生长方法具有多样性,其中以热化学气相沉积法(VLS法)最为常用。

该方法通过控制硅源气体的流量和温度,使硅源气体在金属催化剂表面进行化学反应,从而形成硅纳米线。

金属催化剂通常采用金、银、铜等,其中金是最常用的一种,因为它对硅的触媒作用最好。

硅源气体通常采用硅烷(SiH4)或三甲基硅烷(Si(CH3)3H),在高温条件下分解成硅原子,随后在金属催化剂表面吸附,形成硅纳米线。

之后,硅纳米线在适当的条件下继续生长,形成较长的硅纳米线。

除了VLS法,还有其他方法可以生长硅纳米线,如电化学沉积法(ECS法)。

在该方法中,电极上的金属催化剂首先被沉积,然后在硅源的作用下形成硅纳米线。

溶胶凝胶法(Sol-gel法)是另一种生长硅纳米线的方法,它通过控制溶液中硅前体的浓度和温度等条件,将硅源沉积在基底上,从而形成硅纳米线。

二、硅纳米线的电学性质硅纳米线的电学性质是其被广泛研究的一个方面。

硅纳米线的电学性质主要受到其尺寸和形态等因素的影响。

通常情况下,硅纳米线在氧化处理后表现出的导电性能比未处理的硅纳米线要好。

这是因为氧化处理可以去除硅纳米线表面的有机盖层,从而暴露出更多的硅原子,提高导电性。

另一方面,硅纳米线在不同的外部环境下(如温度、湿度、气压等)表现出不同的电学性质。

例如,在高温和低压下,硅纳米线的电学性能会得到改善。

而当硅纳米线暴露在潮湿环境下时,其表面的导电性会下降。

硅纳米线的导电性表现出很强的尺寸依赖性。

当硅纳米线的直径小于10 nm时,其电学性能表现出了量子尺寸效应。

硅纳米线的制备及其光学性质研究

硅纳米线的制备及其光学性质研究

硅纳米线的制备及其光学性质研究硅纳米线是一种直径在几纳米到几十纳米之间的纳米尺寸的硅材料,具有很好的机械、电子和光学性质。

因此,硅纳米线被广泛应用于光电器件、传感器、能源等领域。

本文将探讨硅纳米线制备方法及其光学性质研究的最新进展。

一、硅纳米线的制备方法目前,制备硅纳米线的方法主要有化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、电化学法、物理气相沉积法等多种方法。

下面将介绍其中几种方法。

1. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种常用的制备硅纳米线的方法。

该方法是利用气相反应在高温条件下使硅源在载气中分解并在衬底上生长成硅纳米线。

其优点是操作简单、成本低,但是需要高温下进行反应,且硅纳米线的直径难以控制。

2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种化学合成硅纳米线的方法,目前已被广泛应用于制备硅纳米线。

该方法是将硅源与溶剂混合,并通过加热和干燥将其固化成凝胶,再进行热处理,使凝胶转化为纳米尺寸的硅颗粒。

其优点是可以控制硅纳米线的直径,并且还可以控制硅纳米线的形态,比如,可以制备锥形、球形等形态的硅纳米线。

3. 电化学法电化学法是一种制备硅纳米线的常用方法,它是通过在电解液中让硅材料通过电解来制备硅纳米线。

电化学法可以制备出高质量、高密度、高可控性的硅纳米线,在光电器件、化学传感器等领域有着广泛的应用。

二、硅纳米线的光学性质研究硅纳米线具有独特的光学性质,如增强拉曼散射信号、表面等离子体共振等。

其光学性质与硅纳米线的直径、长度、形态等有关。

下面将介绍几种硅纳米线的光学性质研究。

1. 硅纳米线的表面等离子体共振硅纳米线的表面等离子体共振是指硅纳米线表面的自由载流子与光之间的相互作用。

当光照射到硅纳米线表面时,光子会产生激发,并形成表面等离子体共振的现象。

该现象可以应用于传感器、光电器件等领域。

2. 硅纳米线的增强拉曼散射硅纳米线的增强拉曼散射是指硅纳米线表面与分子之间的相互作用所产生的拉曼信号增强现象。

该现象可以用于化学传感器、分子识别等领域。

硅光致发光材料合成及应用研究

硅光致发光材料合成及应用研究

硅光致发光材料合成及应用研究在当今电子信息时代中,光电材料的研究与应用已成为科技界近年来的热门研究方向。

硅光致发光材料就是其中一个备受重视的领域。

硅光致发光材料是一种通过光照射激发发光的材料,具有广阔的应用前景,应用于生物医学、纳米电子、信息储存等多个领域。

本文将简单介绍硅光致发光材料合成及应用研究的现状和发展趋势。

一、硅光致发光材料的合成方法硅光致发光材料是通过对硅材料进行掺杂而制成的。

目前主要的硅光致发光材料掺杂方法有以下几种:1、锗掺杂硅通过对硅区域进行锗掺杂,生成硅锗合金,进而在合金中形成硅光致发光材料。

2、氧化物掺杂硅在硅晶体中掺入氧化物(如SiO2、Al2O3等),在在材料中形成杂质能级,从而实现硅光致发光。

3、磷掺杂硅在硅材料中掺杂磷元素,通过电子与空穴的复合实现硅光致发光。

以上三种方法是目前主要的硅光致发光材料合成方法,每一种方法的优缺点需要通过实验一一验证。

二、硅光致发光材料的应用研究进展硅光致发光材料是一种可控性强、持久性好、抗辐射能力强的新型光电材料。

目前,硅光致发光材料已经成为了广泛应用于生物医学、化学传感、光电子学、微纳电子学等多个领域的重要材料。

1、生物医学领域硅光致发光材料应用于生物医学领域,主要用作荧光探针和生物成像系统。

因为硅光致发光材料结构稳定、荧光稳定性高、荧光光谱调控范围宽等特点被广泛应用于生物体内药物活性成分监测、荧光探针制备等方面。

2、化学传感领域硅光致发光材料应用于化学传感领域,主要用于检测环境中的离子、分子、气体等物质浓度。

硅光致发光材料具有对环境温度、光照等影响较强,因此可以根据反应后荧光不同,用硅光致发光材料来检测环境中不同物质的浓度,具有很高的灵敏度和准确性。

3、光电子学领域硅光致发光材料应用于光电子学领域,主要用于开发高质量、高速的微波电子学和光电二极管等器件。

硅光致发光材料具有很好的电子传输性能,能在n型和p型硅中进行注入、干涉和分离电子与空穴。

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由于量子发射效率增加 , 或者由间接带隙变为 直 接 带 隙 所 造 成的 。
硅纳米线由于独特的 光 致 发 光 ( 特性以及很容易与 P L) 在发光二极管和纳米光电器件 等 方 面 有 潜 现有硅技术兼容 , 在的应用价值 。 硅纳米线的发光机理是研 究 焦 点 之 一 , 弄清 发光机理是其进 一 步 实 际 应 用 的 前 提 。 虽 然 已 有 不 少 人 为 对 各 种 实 验 现 象 作 出 了 合 理 的 解 释, 但 此做出了很大努 力 , 迄今硅纳米线的 光 致 发 光 起 因 尚 在 争 议 之 中 。 本 文 主 要 介 绍了硅纳米线的 光 致 发 光 的 原 理 及 国 内 外 硅 纳 米 线 光 致 发 光的研究进展 。
将样品放置于一个可 分析了其 P L 性能与测 试 温 度 的 关 系 , 变温的致冷器里 , 测量的温度变化从 1 0K 到 3 0 0K。 图 2 为 不同测试温度下硅纳米 线 的 P 可以看到在绿光区和 L 光 谱, 分别位于4 红光区有 2 个强 烈 的 P L 峰, 5 5 n m 和5 2 5 n m 处。
·1 3 6· 1. 3 S i NW s中的硅纳米颗粒导致的 P L
材料导报 A: 综述篇
上) 第2 0 1 2年1 1 月( 6 卷第 1 1期 2
绿光和蓝光区 。 在恒温 7 随着氧 别位于红光 、 0 0℃ 的条件下 , 化时间的延长和硅纳米线直径的减小 , 红峰峰位从 8 0 4 n m蓝 并 且 发 光 强 度 迅 速 增 加, 波 形 变 得 窄 而 尖。 移到 7 8 6 n m 处, 他们认为蓝峰和 绿 峰 是 由 硅 纳 米 线 的 非 晶 二 氧 化 硅 外 层 形 成的 , 并 且氧化时 4 组样品都在这个波段有一定程度的发光 , 该氧化物外层越厚 , 绿峰和蓝峰 的 强 度 就 会 越 大 ; 而 间越长 , 红峰则来自硅纳 米 线 本 身 , 随 着 二 氧 化 硅 外 层 增 加, 芯部的 红峰蓝移 并增强 。 出 现 此 现 象 的 原 因 是 硅纳米线直径减小 , 量子限制效应使硅纳米线的能隙增大 , 从而使 硅 纳 米 线 的 能
0 引言
) 硅纳米线 ( 自1 在其制备工 S i NW s 9 9 8 年 被 发 现 以 来, 艺和物理特性的 研 究 上 都 取 得 了 较 大 的 发 展 。 硅 纳 米 线 作 为一种新型的一维纳米材料具有比 表面积巨 大 、 表面易于修 能大量合成的 优 点 , 在未来介观领域和电子器件中有着 饰、
) 5 0 7 7 2 0 0 6 * 国家自然科学基金 (
变化 , 氧化还原电 位 也 随 之 变 化 , 量子化作用显著地增加了 半导体的带宽 , 使S i NW s P L 峰发生蓝移 。
: 女, 硕士研究生 , 主要从事硅纳米线等纳米 材 料 研 究 E-m 通讯作者 a n l i i a o 2 0 1 0@1 1 9 8 8 年生 , a i l 2 6. c o m 王 金 良 : 杨丽娇 : y g j : E-m a i l w a n i n l i a n u a a . e d u . c n @b g j g
中合成的硅纳米线没有 检 测 到 P 研究认为这是由于 L 光 谱, 其直径太大而不能产生量子限制效应所造成的 。
2. 2 P L 特性与测试温度的关系
[3] 以 铁 粉 为 催 化 剂, 利用激光烧蚀的方法制备了 Q i等 1 、 , 直径为 2 具有二氧化硅外层的硅纳米线 并重点 研 究 和 0 n m
[0] [1] 绿峰的位置 ( 与Y 和B 所得到的结果 一 4 5 5 n m) u等 1 a i等 1 [0] 致 。Y 认为绿光是由二氧化硅外层的缺陷中心引起 u等 1 [1] [3] 蓝光来自界面 , 这与 B 的解释相同 。 但 Q 进 的, a i等 1 i等 1
硅 纳米 线 光 致 发 光的 原 理 及研究进展/杨 丽 娇 等
·1 3 5·
硅纳米线光致发光的原理及研究进展 *
杨丽娇, 王金良, 杨成 涛 , ห้องสมุดไป่ตู้丽润
( ) 北京航空航天大学物理学院 , 北京 1 0 0 1 9 1 ) 摘要 系统 地 介绍了导 致 硅 纳米 线 ( 光 致 发 光( 的 主要 原 理 , 如 量 子 限 制效 应 、 量子尺寸效应、 硅纳 S i NW s P L) 米 颗粒 发 光 机 理 和 杂 质 缺 陷 发 光 机 理 。 同时 从 S 测试温度、 i NW s的 直 径 、 S i NW s外 部 包 覆 层 、 S i NW s的 形 态 等 几 个 方面 出发 , 详 细 地 归 纳 总 结了 近 十 多 年 来 国 内外 对 S i NW s的 P L 原 理 的研究 成 果 及进展 。 关键词 硅纳米线 光致发光 量子限制效应 中图分类号 : T B 3 8 3 A 文献标识码 :
1, 2] 。 潜在的应用前景 [
大于硅的禁带宽度 , 所以多孔硅的光致发光波 长 移 至 可 见 光
4] 。 近些年来 , 范围 [ 量子限制 效 应 多 用 来 解 释 硅 纳 米 线 的 光
但前提条件是硅纳米线的直径要小于玻尔直径 致发光 ,
[ 5] ( 。S. 1 0 n m) Q. F e n i NW s红 峰 g 认为量子限制效应导致 S 蓝移和强度增加 , 能 带 间 隙 的 增 大 使 红 峰 蓝 移, 强度增加是
[ 1 2] 带结构由间接带隙变为直接带隙 。Z h a n e气气氛 g等 在 H [ 8]
在解释硅纳米线的光致发光时 , 很多 研 究 者 认 为 这 是 硅 纳米线内部嵌 入 的 硅 纳 米 颗 粒 所 导 致 的 。 李 智 伟 等 了硅纳米颗粒可能的光发射机理 ,如图 1 所示 。 图 1 中包含两 种 激 发 态 。 小 尺 寸 的 硅 纳 米 颗 粒 对 应 高 而大尺寸的硅纳米颗粒则对应低能态 E 能态 E E 5 和E 6, 1、 2、 E E E 3、 4, 0 为基 态 。 对 于 小 尺 寸 硅 纳 米 颗 粒 对 应 的 高 能 态 , 表现为具有较高 能 量 的 电 子 发 射 出 能 量 较 高 的 光 子 而 到 达 基态 , 同时也可以 通 过 非 辐 射 弛 豫 过 程 到 达 低 能 态 , 然后再 短波长激发时表现出 2 个 及 以 上 有 一 定 发射出光子 。 这样 , 能量差的发射峰 。 对于大尺寸硅纳米颗粒 对 应 的 低 能 态 , 由 声 子 辅 助 的 光 子 发 射 几 率 大 大 增 加。 这 于能态密度 较 大 , 长波激发时表现出较大的 强度 。 总 之 , 短 波 激 发 时, 发射 样, 的光 子能量高 ,但是参与发射的硅纳米颗粒的数量 少 , 发射 峰强度低 ; 长波激发的情况则正好相 反 , 发 射 的 光 子 能 量 低, 但是参与发射的硅纳米颗粒的数量多 , 发射峰强度高 。 给出
6, 7] 。 量子尺寸效应会使电子 能 级 随 着 粒 子 尺 寸 发 生 寸效应 [
1 硅纳米线光致发光的原理
1. 1 量子限制效应
[] 量子限制效应模型 由 C 他认为多孔 a n h a m 首先提出 3 ,
硅可见光发射来 源 于 其 中 纳 米 量 级 的 硅 量 子 线 结 构 。 当 电 子或空穴被束缚于量子结构 ( 量子阱 、 量子 线 、 量 子 点) 中 时, 由于量子限制效 应 , 其 能 带 分 裂 为 子 带, 子带间的能量差远
( , , ) D e a r t m e n t o f P h s i c s B e i h a n U n i v e r s i t B e i i n 1 0 0 1 9 1 p y g y j g ( ) A b s t r a c t h e m a i n r i n c i l e s w h i c h r e s u l t i n s i l i c o n n a n o w i r e s S i NW s h o t o l u m i n e s c e n c e( P L) a r e s s t e m i T - p p p y , , , , c a l l i n t r o d u c e d f o r e x a m l e c o n f i n e m e n t e f f e c t s i z e e f f e c t S i n a n o a r t i c l e s e m i t t i n m e c h a n i s m u a n t u m u a n t u m y p p g q q , a n d i m u r i t i e s o r d e f e c t s e m i t t i n m e c h a n i s m.A t t h e s a m e t i m e t h e r e s e a r c h r e s u l t s a n d d e v e l o m e n t o f S i NW s P L p g p , , r i n c i l e s i n r e c e n t t e n b o t h a t h o m e a n d a b r o a d a r e s u mm e r i z e d f r o m t h e o f t h e S i NW s d i a m e t e r e a r s e r s e c t i v e p p y p p , , t e s t t e m e r a t u r e S i NW s e x t e r n a l c o a t e d l a e r S i NW s m o r h o l o a n d s o o n . p y p g y , , K e w o r d s i l i c o n n a n o w i r e s u a n t u m c o n f i n e m e n t e f f e c t h o t o l u m i n e s c e n c e s p q y
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