多孔硅发光机制研究
发光多孔硅的形成及性能的研究
发光多孔硅的形成及性能的研究
近年来，研究发光多孔硅的性能和应用已经成为一个研究热点。
发光多孔硅具有良好的热稳定性、光学性能、电子学性能等特点，因而在太阳能电池、储能器件、生物传感器、显示器等领域有着广泛的应用前景。
因此，研究发光多孔硅的形成及性能变得尤为重要。
发光多孔硅通常是由电子束蒸镀技术或水热法制备而成，其形成机理涉及复杂的过程，同时也与温度、时间等因素密切相关。
由于具有多孔结构，发光多孔硅具有高度的比表面积、多孔分布均匀、孔隙大小可调等优点，在发光多孔硅的制备过程中可调控比表面积、孔隙尺寸等参数，从而影响到发光多孔硅的性能。
发光多孔硅具有优异的热稳定性，即发光多孔硅在高温高压条件下，其结构和性能基本不变。
发光多孔硅的热稳定性可为太阳能电池提供较高的抗高温能力。
发光多孔硅具有良好的光学性能，其介质分布均匀，能够有效地吸收和反射光线，可以用于显示器中的照明。
另外，发光多孔硅还具有良好的电子学性能，可用于生物传感器中检测和传感信号，也可用于储能器件的制备。
除了上述性能外，发光多孔硅还有众多优点，如低成本、高比表面积、简单的制备方法等，它具有很多潜在的应用前景。
因此，未来研究发光多孔硅的形成及性能可能会取得更大的进展，从而为更多新型设备的制备提供更多机会。
综上所述，发光多孔硅在热稳定性、光学性能和电子学性能等方面具有优异的性能，并具有低成本、高比表面积、简单的制备方法等
优点，在太阳能电池、储能器件、生物传感器、显示器等领域有着广泛的应用前景。
研究发光多孔硅的形成及性能是未来研究的重要热点，发光多孔硅的有效制备与性能的改善将为新型设备的制备提供更多
机会。
多孔硅
12
多孔硅的荧光特性
1. 多孔硅的孔度与荧光波长的关系 荧光波长随多孔硅的孔度增加而移向短波段,即光子能量随孔度 荧光波长随多孔硅的孔度增加而移向短波段, 孔度增加 的增加而增大. 的增加而增大. 低孔度 60% % 70% 70%以上 80%以上, %以上, 2. 蓝移现象 多孔硅的电化学处理结束之后切断电源,继续在 中进行化学腐 多孔硅的电化学处理结束之后切断电源,继续在HF中进行化学腐 开路腐蚀, 继续向短波波段移动; 这被称作开路腐蚀 光谱可以继续向短波波段移动 蚀,这被称作开路腐蚀,光谱可以继续向短波波段移动; 或者化学处理结束后,将样品从 溶液中取出后 溶液中取出后, 或者化学处理结束后,将样品从HF溶液中取出后,光谱也会移向 短波段.这是由于多孔硅的样品上吸附了大量的HF溶液 溶液, 短波段.这是由于多孔硅的样品上吸附了大量的 溶液,化学腐 蚀依然在进行,这种现象称蓝移现象. 蚀依然在进行,这种现象称蓝移现象.
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多孔硅发光的基本理论
分子在势能面间的"跳跃"过程称为跃迁, 分子在势能面间的"跳跃"过程称为跃迁,相应于电子从一个 跃迁 轨道跳跃到另一个轨道. 轨道跳跃到另一个轨道. 辐射跃迁:即跃迁过程伴随着光子的放出,包括荧光和磷光过程; 辐射跃迁:即跃迁过程伴随着光子的放出,包括荧光和磷光过程; 荧光 过程 非辐射跃迁:即跃迁过程没有光子参与, 非辐射跃迁:即跃迁过程没有光子参与,能量以热或者其他形式 耗散,包括内转换,系间窜越等. 耗散,包括内转换,系间窜越等.
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多孔硅(Porous Silicon) 多孔硅
硅在HF溶液中经电化学腐蚀, 硅在 溶液中经电化学腐蚀,成为多孔 溶液中经电化学腐蚀 多孔硅. 状——多孔硅. 多孔硅 孔度:电化学处理时, 孔度:电化学处理时,腐蚀掉的硅的质量分 数. 低孔度多孔硅: 低孔度多孔硅:主要用于集成器件的隔离和 SOI材料的绝缘衬底; 材料的绝缘衬底; 材料的绝缘衬底 高孔度多孔硅(高于 % :可用作发光材料, 高孔度多孔硅 高于70%):可用作发光材料, 高于 孔度越高,发射光的波长就越短 波长就越短. 孔度越高,发射光的波长就越短.
多孔硅后处理研究进展
·46· 材料导报网刊 2006年8月第4期多孔硅后处理研究进展*邱学军，熊祖洪(西南大学物理学院, 重庆 400715)摘要多孔硅(PS)后处理是一项能提高多孔硅发光效率和使用寿命的前沿技术。
目前多孔硅后处理的方法很多,综述了各种后处理方法对PS发光的影响,并对其发展前景做了展望。
关键词多孔硅后处理发光强度稳定性Research Progress in Post-treatment of Porous SiliconQIU Xuejun ,XIONG Zuhong(School of Physics, Southwest University, Chongqing 400715)Abstract Post-treatment of porous silicon is a new technique that can enhance the luminescence efficiency and using-lifetime. At present, there are many kinds of post-treatment techniques of porous silicon.This paper reviews the different methods to influence the luminescence of porous silicon, and also discussed the prospect of post-treatment.Keywords porous silicon, post-treatment, luminescence intensity, stability0 引言1956年Uhlir[1]首先制备并报道了多孔硅(porous silicon, PS)，在随后的几十年中PS一直作为一种绝缘材料应用于硅集成电路中。
1984年Pickering等[2]首先在低温(4.2K)下观察到了PS的可见光致发光现象，但当时并未引起足够重视，直到1990年Canham[3]发现PS在室温下具有强烈的可见光致发光现象，PS的研究才得到较大的发展,人们相继实现了多种颜色(蓝、绿、红、紫及蓝红)的光致发光(PL)及电致发光(EL),此后人们把PS做成发光器件应用到了光电子领域。
发光材料的奥秘
发光材料的奥秘在深入研究“布基球”这种足球状分子的过程中，科学家发现，当60C分子和多孔材料结合时，还具有发光的性能。
1993年，英国曼彻斯特大学科学技术学院的化学家戴维·利领导的一个科研小组，在把布基球放在一种名叫VP1-5的多孔材料中结果使含布基球的多孔材料发出了霓虹般的彩色。
这种多孔材料和60C分子组成的复合材料，有可能用于制造发射各种频率的激光器和平面投影显示屏。
为什么这样就能改变光学性能呢？因为现在知道，半导体的光学性能和它的形状有极大关系。
比如，块状的多孔硅可以制出发近红外线光的半导体器件，而片状的多孔硅可以制出发绿光的半导体器件，带状或线状的多孔硅能发蓝绿光，而所谓的量子点多孔硅则发蓝光。
用激光照射多孔材料和60C就能发出彩色光，其中的奥秘目前还解释不清。
但戴维·利真正感兴趣的不是用激光来使60C发光(这叫光致发光)，而是用电来使60C和多孔材料发光，这叫电致发光。
因为只有电致发光材料才有大的商业价值。
现在，戴维·利决定设法改变60C分子的光学性能。
要做到这一点，只有将60C分子限制在很小的尺度范围内，例如限制在薄膜内。
因此，戴维·利就想，如果把60C分子密封在一种多孔的矿物沸石的一维孔道(或叫链条式孔道)内，60C分子就可能像多孔硅一样改变光学性能，也会发出不同色彩的光束。
但沸石中的微孔的直径极小，还不到1纳米(即1/109米)，而布基球的直径大约为1纳米。
于是，他决定用另一种叫VP1-5的微孔材料代替沸石来捕获布基球分子，因为这种材料中的微孔的直径约为1.25纳米。
为什么这样就能改变光学性能呢？因为现在知道，半导体的光学性能和它的形状有极大关系。
比如，块状的多孔硅可以制出发近红外线光的半导体器件，而片状的多孔硅可以制出发绿光的半导体器件，带状或线状的多孔硅能发蓝绿光，而所谓的量子点多孔硅则发蓝光。
这样做的方法是：先将纯布基球溶解在一种叫苯的化合物中，然后在50℃的温度下将微孔材料VP1-5放入其中，搅拌一整夜之后，溶解在苯中的60C分子就渗进到了VP1-5这种多孔材料的微孔中。
多孔硅的发光性能研究的开题报告
多孔硅的发光性能研究的开题报告题目：多孔硅的发光性能研究一、研究背景和意义多孔硅是一种具有蓝色发光特性的材料，具有较高的表面积和孔径可控性，因此在光电领域有着广泛的应用前景。
多孔硅的发光与其微观结构以及表面性质密切相关，因此对多孔硅的光学性质进行深入研究，对理解其光电性能，开发相关应用有着重要意义。
二、研究目的本研究旨在通过制备多孔硅的方法，探究其发光性能与微观结构、表面性质之间的关系，寻找影响多孔硅发光性能的相关因素，并对多孔硅在光电领域的应用前景进行探讨。
三、研究内容和方法1.多孔硅的制备方法：采用电化学腐蚀法或湿法化学腐蚀法等方法制备多孔硅，并对其结构进行表征。
2.多孔硅的发光性质研究：利用荧光光谱仪等仪器对多孔硅的发光性质进行测试，并针对不同条件下的制备方法、孔径大小等因素进行分析。
3.各种表征手段：利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜等手段对多孔硅样品的结构、形貌等进行表征，以便深入了解发光特性与微观结构之间的关系，同时研究多孔硅的表面性质。
四、研究预期成果和意义预计研究结果将基于多孔硅在特定条件下的制备方法探讨其发光特性，并深入了解其物理化学机制及在光电领域应用的前景。
结果有望为多孔硅在光电器件、传感器等领域的应用提供有益的信息和实际应用价值，对学术研究和相关领域的发展有积极的促进作用。
五、研究进度安排本研究预计进行1年时间。
其中，前4个月主要进行多孔硅的制备和表征；第5-8个月主要对多孔硅的发光性质进行测试和分析；第9-12个月主要对结果进行总结和展望，撰写研究报告和论文，并进行学术交流和研究成果的推广。
六、参考文献1. Lu, M., & Fan, S. (2018). Porous silicon: a promising platformfor optical sensors. Progress in Quantum Electronics, 58, 1-26.2. Nieto-Ortega, B., Carmona, N. B., López-Cruz, O., García-Ramos, J. V., Rodríguez, E. M., & Guerrero-Lemus, R. (2019). Luminescent Porous Silicon Films for Environmental Monitoring: From Surface Chemistry to Optical Functionality. Frontiers in Materials, 6, 195.3. Li, X., Li, L., Zhang, W., Li, Q., Li, C., Wang, W., ... & Li, C. (2019). Porous silicon-based photonic microcavities: From fabrication to applications. Progress in Materials Science, 100, 137-163.。
多孔硅简介
光致发光等特性的影响已有较多的认识。
缺点是如果阳极和阴极的相对位置不合适及在 其表面形成氢气泡的绝缘效应引起电解质电流密 度空间的变化，从而导致不均匀腐蚀的发生。
2、双槽电化学法制备多孔硅
双槽电化学方法制备多孔硅的具体做法是将
硅片插入装有腐蚀液的电解槽中间的固定架上，
硅片把电解槽分成两个相互独立的电解槽，用两 片铺片分别面对面放在硅片的两侧作为阴极和阳 极。结构简图如图3所示。 通过改变腐蚀电流的大小，可以得到不同太
简单制备方法
硅在HF溶液中进行电化学腐蚀（单槽和双槽）
多孔硅发光机理的几个模型
多孔硅的发光机理——量子尺寸模型
Canham提出，采用电化学腐蚀的制备的多
孔硅是由密集的、具有纳米量级线度和微米量
级的硅丝组成，形成了所谓的“量子线”。当
空隙密度大于80%时，硅丝间是相互竖立的。 多孔硅的发光被认为是约束在这些量子线上的 激子的辐射复合。
多孔硅的制备
1.单槽电化学制备多孔硅
具体做法是先用真空溅射的方法在清洗好抛光 的硅片背面溅射一层金属铂膜作为电极。 再按照图 所示的方法将直流稳压电源、硅片、电流表、阴极 串联成通路，打开电源即可进行腐蚀。
单槽电化学方法是人们对制备多孔硅研究较 多的一种方法，该方法的 优点是工艺比较成熟，人们对温度、腐蚀液成 分、掺杂、电流密度等制备条件对样品的形貌、
多孔硅简介
多孔硅的光电性质及在太阳能电池中的应用
强度强遥 随时间可逐渐蓝移袁开始 移动较快袁 逐渐减慢袁18 小时后基 本不再移动袁 发光强度也逐渐减 弱遥 图 4 为多孔硅孔隙率与光荧光 强度的关系实验曲线遥 3.2 多孔硅的减反特性
图 5 为用化学腐蚀法制得的
多孔多晶硅减反曲线与氮化硅减 反膜的减反曲线遥 实验条件和结果 为院用化学腐蚀法在多晶硅渊电阻 率 1~3赘窑cm袁p 型硅 10cm伊10cm冤 表面制造多孔硅袁 通过用不同的 HNO3/HF 浓度尧腐蚀时间尧温度得 到表面形貌均匀一致的多孔硅袁厚
图 4 多孔硅孔隙率与光荧光强度的关系 (a) p- 型硅孔隙率 65%时的情况曰(b) p+型硅对三种孔隙率的情况
图 5 多孔硅的减反曲线渊多孔硅加权反射率为 5.25%, SiN 减反膜为 9.7%袁硅片为 35%冤 54
第 42 卷袁 第 2 期 2005 年 2 月
激光与光电子学进展
图 6 反射率与孔隙率的关系
要有空穴袁这可以由 HNO3 在局域 阴极处被还原而产生遥 当存在痕量
HNO2 时袁阴极反应按下式进行院
HNO3 + HNO2要要要N2O4 + H2O
N2O4 要要要2NO2
NO2 要要要NO-2 + e+
图1
NO-2+ H+要要要HNO2
53
第 42 卷袁 第 2 期 2005 年 2 月
激光与光电子学进展
图 7 (a) 渊A冤孔隙率为 20%袁渊B冤40%袁渊C冤60%(P+-n / PMS)[3];渊b冤多孔硅不同腐蚀时间的 PS/c-Si 异质结电流(c)电压(b)关系院 时间和厚度按 A尧B尧C尧D尧E 顺序增加袁串联电阻和并联电阻均随厚度增加而增加袁当在氢环境中钝化后电流电压均有所增加[5]
多孔硅在太阳能电池中的应用研究
多孔硅在太阳能电池中的应用研究摘要在现在利用的各种能源中，只有太阳能同时具有不分地域性、无污染、无需可动部件、永不枯竭的特点，符合当今世界对能源的绿色环保和可持续发展的要求。
近些年来，全球很多国都高瞻远瞩，纷纷促进发展太阳能电池产业，制定光伏屋顶的计划。
太阳能电池应用的最大难题就是造价太高，如何降低其制造成本就成为了推广的关键。
廉价可靠的太阳能电池主要材料多孔硅就成为了人们要求的研究课题。
关键词多孔硅；太阳能电池中图分类号 tm914 文献标识码 a 文章编号 1673-9671-（2013）011-0136-02多孔硅是一种近些年才纳入人们视线的纳米半导体光电材料，其在室温下，光致发光和电致发光特性非常优异，减反效果良好，并且很容易与现在的硅技术进行兼容，因此经常被人们用来制作多晶硅太阳能电池中的减反层。
本文对于多孔硅在太阳能电池中的应用做了一系列的探讨。
1 多孔硅的特点及在太阳能电池中应用的优势多孔硅具有可见光发射和带隙宽化的现象，通过电化学或者化学腐蚀能使其在晶体硅片上展现出其电荧光和光荧光的特性。
其在太阳能电池的应用中具有以下优势：1）多孔硅具有高的绒面表面形貌，可以增强捕获光源增强多晶硅太阳能的吸光性，较之传统的naoh溶液绒面腐蚀，多孔硅能够在单晶、多晶、微晶硅的任意取向表面腐蚀成形。
2）多孔硅可以以对阳光的最佳吸收为基础调整带隙。
3）多孔硅具有良好的光荧光特性，可以经蓝光和紫外光转变成波长更长的光线，使得太阳能电池对其具有更好的量子效率。
4）多孔硅设置在cz法生长的硅片后面，可以有效的吸收杂质原子，这些杂质原子在进行高温氧化时比较容易形成堆积，这种特性可以应用于光伏技术。
5）多孔硅进行电化学腐蚀和化学腐蚀时，操作比较简单，比较适合进行大批量制作。
2 实验2.1 多孔硅层的制备多晶硅片需要通过常规的化学清洗，利用碱液腐蚀掉切割硅片的机械损伤层，制备多孔硅层可以采用化学腐蚀法或者电化学腐蚀法，为了能够大批量的规模化制备多孔硅层，一般采用化学腐蚀法。
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三个 方 面的原 因 。
室 温下可 以发射 很 强 的可 见 光 ， 并用 量 子 限制 效 应
２１ 年 ４ ０１ 月
廊 坊 师 范学 院学 报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊｕｎｌ ｆ ａｇａ ｇＴ ａｈｒ Ｃ Ｕｇ（ ａ ｒａ Ｓｉ ｃ ｄ ｉ ） ｏｒａ ｏ ｎ ｆ ｅｃｅｓ ｏｅｅ Ｎ ｔ ｎｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ Ｌ ｎ ｕ ｅ ｔｎ
Ａｐｒ ２ ． ０１１ Ｖ０ ． Ｎｏ． １ １１ ２
４ ４ 表面 态模 型 ．
Ｋｏｈ４提 出 了该模 型 。 ｃｌ 多孔硅 的结构决 定 了它
具 有 巨大 的 比表 面积 ， 以表 面态 也应 该考 虑在 内。 所
性 。多孑 硅发 光性 质 复 杂 ， 响其 发 光 的 因素 也很 Ｌ 影 多 ， 多 的发光 模 型 在 各小 组 不 同 的实 验 基 础 上 被 众
４． 量 子 限制效 应模 型 １
该模 型最早 是 由 Ｃ ｎ ａ ａｈ ｍ提 出的 ｌ ， 为 多孔硅 】认 发光来源 于电化学腐 蚀过程 中形 成 的纳米硅 结构 。 主 要原 理是 ： 硅是 由纳米 硅单 元 组 成 ， 激 发 的 电 多孔 被
３ 多孔硅 的制备方法
制备 多孔 硅 的主要 方 法 是 阳极 氧 化 法 ， 外还 另
种 因素 去解释 ， 应该综合考虑各方面 的影响。多孔硅发光是量子 限制效应和表面态综合作用 的结果 。
【 关键词 】 多孔硅 ； 制备方法 ； 发光机制
Ｓｕ ｙ ｏ ｔ ｄ ｎ Ｐｈｏ ｏ ｕ ｉ ｅ ｃ ｎ ｅ Ｍ ｅ ｈ ｎ ｓ ｆＰｏ ｏ ｓ Ｓ ｌｃ ｎ ｔ ｌ ｍ ｎ ｓ ｅ ｃ ｃ ａ ｉｍ ｏ ｒ ｕ ｉｉｏ
孔 硅 的形 态 和性质 。 ３ ２ 化学 腐蚀 法 ．
一一 享 兰 一 弼
该模 型 由 Ｂ ａ ｄｌ 等人 首 次提 出 。他 们把 多孔 ｒｎ ｔ ３ 硅 发光 和一 种六 角 形 的硅 氧 烯 分 子 的发 光 做 比较 。
把 硅片 浸在 腐蚀 液 中一 段 时 间 ， 可 以制 得 多 也
４． 硅 氧烯 发光 模型 ３
以单 晶硅片 为 阳极 ， 性金 属铂 为 阴极 ， 惰 在一 定
浓 度 的氢 氟 酸水溶 液 或 乙醇溶 液 中通 以适 当密度 的 电流 。通 过一 定 时 间 的 阳极 氧 化 后 ， 硅 片 上 就 可 在 以形成 多孔 硅 。 电流 密 度 、 氢氟 酸 浓 度 、 电时 间 、 通 光照 与否 以及 硅 的掺 杂 类 型 和 电 阻率 ， 都会 影 响 多
虽然 已有研 究 已经 对 多孔 硅 的微 观结 构 、 光 发
性 质和 电子态作 了 大量 的研究 ， 是 多 孔 硅 的发 光 但
机 制至今 还存在 争 议 。另 外 ， 多孔 硅 的发 光效 率 偏
低 ， 要增 强 。本 文针对 多孔 硅 的研 究意 义 、 需 制备 方 法 和发光机 制进 行 了深 入 的理 论 研究 ， 希望 对 多 孔
进行 了解 释¨ ， 多孔 硅 迅速 成 为 世界 范 围 内的研 究
热 点 。因为硅是 间接 带隙材 料 ， 且禁带 宽度很 窄 ， 并
第一 ， 理 论方 面 ， 是一 种 问接 带 隙半 导 体 ， 在 硅
禁带 宽度 窄 ， １ １ Ｖ， 般 不 能 作 为发 光 材 料 ， 仅 ．ｅ 一 这 说 明多孔 硅发光 从理 论上说 是一个 很有 意义 的研究
课题 。
仅 １１Ｖ， ．ｅ 不能 发 出可 见 光 ， 光效 率 很 低 ， 能 作 发 不
为发光 材 料 。而 多孔 硅 室 温下 光 致 发 光 现 象 的发 现， 为硅材 料在光 电子 领域 中 的应 用 开 辟 了诱 人 的
前景。
第二 ， 在应 用方 面 ， 硅是研 究得 最为 透彻并 且在 微 电子器 件 领 域 占有 绝 对 的 主 导 地 位 的 半 导 体 材 料， 多孔硅 发光 为实 现 硅基 光 电子集 成 指 明 了令 人 振奋 的前 景 。
４ ２ 硅 一氢 键或 多硅 烷发 光模 型 ．
３ １ 阳极 氧化 法 ．
该 模 型 以 Ｐ ｏ ｅ＿ 为 主 要 代 表 ， 给 出大 量 的 ｒｋｓ ］ ２ 且 实 验事 实 。该模 型认 为 多孔硅 的发光 与特定 的多 硅 烷 有关 ， 与平 均 链 长 和 Ｈ含 量 有 关 ， 光 强 度 是 表 发 面 积 的函数 ， 发光 峰 的所 在 位 置 与硅 晶粒 直 径 之 间 没有 直接 的联系 。
ｌ ｈ ｍｉ ｉ ｎ ｗａ ｉ ｃ ｓ ｄ Ｅ ｃ ｄ ｌ ａ ｔ ｄ ａ ｔｇ ｏ ｐ ｃｆ ａ ｅ ， ｕ ｅｓｄ ｆ ｃ ｌｉｓｉ ｔ ｅ ａ ｅ ． ｅ ｉ ｔ ｇ ｅ ｓ ｏ ｓｄ ｓ ｕ ｅ ． ａ ｈ ｍｏ ｅ ｄ ｉ ａ ｖ ｎ ａ ｅｉ ｓ ｍｅｓ ｅ ｉ ｃ ｃ ｓ ｓ ｂ ｔ ｍｅ ｔ ｉ ｕ ｔ ｎ ｏ ｈ ｒ ｓ ｓ Ｗ ｓ ｓ ｈ ｓ ｎ ｉ ｉ ｅ ｃ ｓｇ ｅ ｔｂ ｔ ｈ ｕ ｎ ｕ ｏ ｆ ｅ ｎ ｆｅ ｔ ｎ ｈ ｕ ｆｃ ｔ ｔ ｃ ａ ｉｍ ｈ ｕ ｄｂ ｏ ｓｄ ｒ ｄ ｉ ｒ ｅ ｎ ｅ ｓａ ｄ ｕ ｇ ｓ ｏ ｈ ｔ ｅｑ ａ ｔ ｍ ｃ ｎ ｎ ｍｅ ｔ ｆｃ ｄ ｔ ｅｓ ｒａ ｅｓ ａｅ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｓ ｏ ｌ ｅｃ ｎ ｉ ｅｅ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｕ ｄ ｒｔ ｎ — ｉ ｅ ａ ｏ
孔硅 。腐 蚀 液 主 要 成 分 是 ＨＦ和 ＨＮＯ ， 可 以 加 也 入去 离子 水 、 酸等 。该 方 法制 得 的多 孔 硅 均 匀 性 醋 较 差 ， 度有 限 ， 光 也较 弱 。 厚 发
对 多孔 硅 和硅 氧烯 都 做 了红 外 振 动 吸 收光 谱 实 验 ， 结 果表 明它们 含有 相 同的化 学键 。进 行拉曼 光谱 测
第 １ 卷 第 ２期 １
多孑 硅 发 光 机 制 研 究 Ｌ
兰燕娜 ， 王超 男 ， 薛同莲
（ 通 大学 ， 苏 南 通 ２ ６０ ） 南 江 ２ ０ ７
【 摘
要 】 对 多孔硅 的研 究意义 、 制备 方法和发 光机 制进行 了理论 研 究， 出了多孔硅 的发 光机制 不能仅用某 一 提
ＬＡ Ｎ ｎ ｎ ，Ｗ ＡＮ Ｇ Ｃ ａ － ａｎ， ＵＥ ｎ － ｉ Ｙａ － ａ ｈ ｏｎ Ｘ Ｔｏ ｇ ｌａｎ
【 ｂｔａｔ Ｔ ｅｍ ａｉｇ ｂｃｇｏ ｎ ｎ ｒ ａａ ｏ ｆ Ｓｗ ｒ ｔ ｄｃｄｉ ｅ ａｅ． ｈ ｎｔｅｏｉ ｎｏ ｔｉ ｖ ｉ ｅ Ａ ｓ ｃ】 ｈ ｅｎｎ 、ａｋｒｕ ｄａｄｐｅ ｒｔ ｎｏ ｅ ｉ ｒ ｕｅ ｔ ｐｒＴ ｅ ｈ ｒ ｉ ｆ ｈｓ ｉｂ － ｒ ｐ ｉ Ｐ ｅｎ ｏ ｎｈｐ ｇ ｓ ｌ
氢键 或多 硅烷 发光 ；３ 硅氧 烯分 子发 光 ；４ 表 面 态 （） （）
认 为 电子 一空 穴对 在纳 米硅 粒 中激 发 ， 复 合 有三 但 种方 式 ， 图 １ 示 ： 如 所 一是 激发 的 电子 空穴对 在体 内
ｉ ｈｏ ０ｕ ｉｅ ｃ ｎ ｅｏ ｎｇ ｐ ｔ ｌｍ ｎ ｓ ｅ ｃ ｆＰＳ．
【 ｙｗ ｒｓ ｐｒｕ ｉｃｎ ｐｅ ａ ｔｎｍｅｈｄ ｐｏｏｕ ｎｓｅｅ ｃ ａｉ Ｋｅ ｏｄ】 ｏｏ ｓ ｌｏ ；ｒｐｒ ｉ ｔｏ ；ｈ ｔ ｍｉ ｃｎｅ ｈ ｎ ｍ ｓｉ ａｏ １ ｅ ｍｅ ｓ
硅投入 实 际应用有 所贡献 。
第三 ， 工 艺 方 面 ， 制 备 微 结 构 的传 统 方 法 在 与
相比， 多孔 硅 的制 备 方 法 简 单 易 行 。另 外 ， 变 制 改 备条 件 ， 能量 （ 发光颜 色 ） 以在 整 个 可见 光 谱 区进 可
行调 节 。
２ 多 孔 硅 的研 究 意 义
多孔 硅 的质量 ， 品很 难 做得 大而 均 匀 。也 可 以用 样 所谓 “ 粉 ” 术 ， 火 花 放 电腐 蚀 法 来 制 备 多 孔 干 技 如
硅。
１１Ｖ。 ．ｅ 这个模 型一经 提 出 ， 被 最广 泛地 接受 ， 便 且
大量 的实验和理论 证据都支 持这个模 型 ， 明 了纳米 证 硅粒在发光 中的重要 地位 。 随 着研 究 的深 入 ， 但 发现 许 多实验现 象不能用 该模型解 释 。
量 也有 类似 的结 论 。
另外 ， 用激 光直 接 照射 浸 在 氢 氟 酸 溶 液 中 的硅
片 ， 用通 电 ， 不 经过 一段 时 间也 可制得 多 孔硅 。
３ ３ 火 花放 电腐蚀 法 ．
一
定 的气体 环 境 （ 气 、 空 氮气 ） ， 中 在两 个硅 片 电
ｓ ｆ ｅ ｕｒ ａｃ ｄ ｆ ｃｔ ｅｅ
・
４ ４ ・
第 １ 卷 ・ ２期 １ 第
兰 燕 娜 等 ： 孔 硅 发 光 机 制 研 究 多
２ １ 年 ４月 ０１
运性 质及 多孔 硅与其 它 材料 的复 合体 系等 进行 了大 量的探 讨研究 。 同时 ， 其 在 光 电子 、 感 器 、 记 对 传 光 录材 料 、 阳能光 电转 换 等 领 域 的技 术 应 用 进 行 了 太 探 索 和开发 。
既 有施 主 型又有 受 主 型表 面 态 。 发光 所 涉 及 的 复合
过 程主要 是 通过 这些 表 面态 而 起 作 用 。 模 型 同样 该
纷纷建 立起 来 ， 到 目前 还 没有 取得 共 识 。 目前 较 但 有影 响力 的模 型主 要有 ：１量子 限制 效应 ；２ 硅 一 （） （）
［ 中图分类号 ］０ ８ ． １ ４ ２ ３ ［ 文献标识码 ］Ａ ［ 文章编号］１７ ６ ４—３２ （０ １０ —０ ４ —０ ２ ９ ２ １ ）２ ０ ４ ３