硅基发光材料研究进展
硅基光电材料的研究与开发
硅基光电材料的研究与开发近年来，随着信息技术的飞速发展，人们对光电材料的需求不断增加。
其中，硅基光电材料作为一种重要的功能材料，具有广泛的应用前景。
本文将探讨硅基光电材料的研究与开发，并对其未来发展进行展望。
1. 硅基光电材料的特点与应用硅基光电材料是一类以硅为基底的材料，具有许多独特的特点。
首先，硅基光电材料具有良好的光电特性，能够将光信号转化为电信号，实现能量的转换与传输。
其次，硅基光电材料的制备工艺成熟，生产成本低廉，适应了大规模生产的需求。
此外，硅基材料还具有可塑性好、稳定性高等优点，能够适应不同场合的需求。
硅基光电材料在各个领域都有广泛的应用。
在电子工业中，硅基光电材料可用于制备光电器件，如太阳能电池、光电传感器等。
在医学领域，硅基光电材料可用于制备生物传感器，实现对生物分子的便捷检测。
在光通信领域，硅基光电材料可用于光纤通信与光波导的制备，提高传输效率与稳定性。
2. 硅基光电材料的研究进展近年来，随着科学技术的不断进步，对硅基光电材料的研究也越发深入。
研究人员通过对硅基材料的改性与掺杂，提高了其光电性能。
例如，研究人员通过对硅基材料进行微纳加工，制备了纳米结构材料，进一步提高了其光电转化效率。
此外，研究人员还研发了一系列基于硅基材料的新型光电器件。
例如，利用硅基材料的光致发光效应，研究人员成功制备了硅基发光二极管，实现了基于硅材料的光发光器件的突破。
同时，硅基光电材料的研究还推动了光通信技术的发展，使其在高速传输与大容量数据存储方面取得了重要突破。
3. 硅基光电材料的未来发展在未来，硅基光电材料有望在多个领域得到广泛应用。
首先，在太阳能领域，硅基光电材料的高效转换性能将有助于提高太阳能电池的能量转换效率，推动可再生能源的发展。
其次，在信息通信领域，硅基光电材料的突破性进展将推动光通信技术的飞速发展，提高数据传输的速率与稳定性。
此外，硅基光电材料在医学诊断与治疗领域也具有广阔的前景。
随着人们对生命科学的深入研究，硅基生物传感器的需求不断增加，其在生物分子检测、疾病诊断与治疗等方面的应用将逐步扩大。
硅基oled技术原理
硅基oled技术原理
硅基OLED技术是一种新型有机发光二极管（OLED）技术，它主要是使用硅基底材制备OLED器件。
相比传统的OLED技术，硅基OLED技术具有更高的亮度、更长的使用寿命和更低的耗电量等优点，因此受到广泛关注。
硅基OLED技术原理主要涉及以下几个方面：
1. 硅基底材的优势
硅基底材是硅基OLED技术的重要组成部分。
相比传统的玻璃基底材，硅基底材具有更低的热膨胀系数、更好的机械性能和更高的导电性能。
因此，在硅基底材上制备OLED器件具有更好的稳定性和可靠性。
2. OLED原理
OLED是一种发光二极管，它是由一个发光层和两个电极组成的。
当外加电压时，载流子会进入发光层，激发发光层中的有机分子，从而发生电子跃迁并释放出能量，产生光电效应，从而产生发光。
3. 主要工艺流程
硅基OLED技术制备器件的主要工艺流程包括：硅基底材制备、金属层蒸镀、有机薄膜沉积、器件刻蚀、电极制备和封装等。
其中，有机薄膜沉积技术是硅基OLED技术的关键技术，它可以提高器件的发光效率和亮度。
4. 液晶显示和OLED显示的比较
目前市场上主流的显示技术为液晶和OLED，两种技术之间主要区别在于OLED技术具有更好的亮度、更高的对比度和更节能的优点。
另外，由于OLED器件可以实现柔性、透明和可弯曲等特性，因此可以应用于更广泛的领域，例如柔性屏幕、自发光材料和智能穿戴设备等。
总之，硅基OLED技术是一项前沿技术，具有广泛的应用前景。
未来，随着硅基OLED 技术的不断发展和完善，相信它将有望成为一种更加高效、稳定和可靠的显示技术。
硅基 oled显示原理
硅基 oled显示原理
硅基 OLED（简称SOLED）是一种新型的有机电致发光材料，相比于普通的 OLED，具有更高的亮度、更低的功耗和更长的寿命。
本文将
介绍SOLED的显示原理。
1. SOLED的构成
SOLED由四个层次组成：底部的金属阳极、紧接着的有机发光层、中间的导电有机层和顶部的金属阴极。
2. SOLED的工作原理
SOLED的发光原理与OLED相同。
当电子和空穴进入有机发光层时，它们会在此相遇并发生复合作用。
在复合的过程中，能量被释放出来，并以电磁辐射的形式发射出去。
SOLED与传统的OLED不同之处在于导电层的材质。
传统的OLED使用的是一种叫做ITO（氧化铟锡）的无机材料作为导电层。
而SOLED 则使用了一种金属有机桥连（MOB）材料，它可以与底部的阳极和顶部的阴极形成更好的电接触。
3. SOLED的优点
相比于传统的OLED，SOLED有以下优越性：
（1）更高的亮度：SOLED使用了新型的MOB材料作为导电层，能够带来更好的电接触时效性和更高的电导率。
（2）更低的功耗：由于SOLED具有更高的亮度，因此在实现相同亮度的情况下，其功耗会比传统的OLED低。
（3）更长的寿命：由于SOLED使用了更优秀的材料，因此可以得到较长的使用寿命。
总之，SOLED的显示原理比传统的OLED更为先进，未来将有更广泛的应用前景。
德国科学家利用硅材料研制发光器件
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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。
硅基光子学国内外研究现状及发展趋势
专题报告-1硅基光电子学（光子学）研究概况网络信息中心文献情报服务2007年6月硅基光电子学研究概况编者按：本文介绍了硅基光电子技术的研究现状、重点研究方向、技术难点以及国内外主要研究机构的基本情况。
希望能为我所学科布局的发展提供一些参考。
一、技术概述硅基半导体是现代微电子产业的基石，但其发展已接近极限。
而光电子技术则正处在高速发展阶段，现在的半导体发光器件多利用化合物材料制备，与硅微电子工艺不兼容，因此，将光子技术和微电子技术集合起来，发展硅基光电子科学和技术意义重大。
近年来，硅基光电子的研究在国内外不断取得引人注目的重要突破，世界各发达国家都把硅基光电子作为长远发展目标。
硅基光电子学包括硅基光子材料、硅基光子器件和硅基光子集成三个主要方面。
分别介绍如下：1. 硅基光子材料（1）硅基纳米发光材料目前的研究重点是如何有效地控制硅纳米晶粒的尺寸和密度，以形成具有小尺寸和高密度的有序纳米结构。
制备方法有：通过独立控制固体表面上的成核位置和成核过程实现自组织生长；在掩蔽图形衬底上的纳米结构生长；扫描探针显微术的表面纳米加工；全息光刻技术的纳米图形制备以及激光定域晶化的有序纳米阵列形成等。
（2）硅基光子晶体光子晶体具有合成的微结构、周期性变化的折射率以及与半导体潜在电子带隙相近的光子带隙。
根据能隙空间分布的特点，可以将其分为一维、二维和三维光子晶体。
光子晶体的实际应用是人们所关注的焦点，而与成熟的硅工艺相结合是人们非常看好的方向，可出现全硅基光电子器件和全硅基光子器件，因此制备硅基光子晶体及其应用将是以后的研究重点。
在所有光子晶体制备方法中，运用多光束干涉的全息光刻法有着许多优点：通过照射过程能够制成大体积一致的周期性结构，并能自由控制结构多次。
通过控制光强、偏振方向和相位延迟，制成不同的结构。
2. 硅基光子器件（1）硅基发光二极管作为硅基光电子集成中的光源，硅基发光二极管（Si-LED）的实现是硅基光电子学研究中的一个主攻方向。
掺Eu 3+硅基材料的发光性质
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新型硅基材料的研究进展
新型硅基材料的研究进展随着科技的不断发展和进步，各种新材料层出不穷，其中硅基材料因其优异的物理性质和化学特性，备受研究者们的青睐。
而随着技术的不断创新，新型硅基材料的研究进展也日渐丰富。
一、硅基纳米材料硅基纳米材料是一种新型的硅基材料，具有优异的性能和广泛的应用前景。
它主要由硅纳米结构体和有机分子通过自组装形成。
硅基纳米材料具有很高的比表面积和孔容量，这为其应用于化学吸附、药物传递和分离纯化等方向打下了坚实的基础。
另外，硅基纳米材料还具有优异的荧光性能，可以应用于生命科学领域的细胞成像和荧光标记等方面。
二、硅基量子点硅基量子点是一种新型的发光材料，其发光机制与传统的有机荧光材料和半导体材料不同。
硅基量子点发光具有优异的发光性能、稳定性和荧光量化性能，已被广泛应用于生物成像、光催化和光电器件等领域。
硅基量子点在制备过程中无需使用有害物质，具有良好的生物相容性，可以直接用于生物体内成像和药物传递等方面。
三、硅基纳米线硅基纳米线是一种新型的纳米材料，其尺寸在10nm到500nm 之间，具有高比表面积和优异的电学、光学、热学性能，已经成为当前研究的热点。
硅基纳米线可以被应用于制备高效的光电器件、储能材料和生物传感器等方面。
此外，硅基纳米线还可以被用来制备柔性电子元件和透明导电薄膜等。
四、纳米级硅晶片由于硅晶片在信息技术领域中占有重要地位，因此研究新型的硅晶片技术具有重要意义。
纳米级硅晶片材料是指具有纳米级尺寸的硅晶片，其性能和应用方向与传统的硅晶片相比具有更多的优势。
硅晶片纳米化可以提高其表面积和比表面积，使其用于生物传感器、静电容积存储器等方面有了更多的应用前景。
综上所述，新型硅基材料是一个备受关注的领域，其优异的性能和广泛的应用前景已经引起了学术圈和工业界的高度关注。
在未来的研究中，我们需要不断提升制备方法和工艺，推动硅基材料的发展和应用，为人类社会的发展做出贡献。
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硅基发光材料研究进展摘要：硅基发光材料是实现光电子集成的关键材料。
本文分析了传统工艺制作的硅基发光材料存在发光效率低、发光性能不稳定等缺点，在此基础上，总结目前量子理论、超晶格理论和纳米技术在硅基发光材料研究进展以及多孔硅的实践应用，并对硅基发光材料的前景进行展望。
关键词硅基发光材料多孔硅量子限制效应Abstract: Si-based light emitting material is the key material of optoelectronic integration. This paper analyzes the traditional craft of Si-based light emitting that exists the defects, such as the inefficiency and the unsteady property of light emitting, and sums up the current progresses of quantum theory, superlattice theory, nano-scale technology in the Si-based light emitting material and the applied of porous silicon. Also some prospects of Si-based light emitting material is mentioned in this parperKey words Si-based light emitting material porous siliconQuantum confinement effect目录：1 引言 (3)2 早期Si基发光材料的研究 (3)2.1 缺陷工程 (3)2.2 杂质发光 (3)2.3 能带工程 (4)2.4 异质外延 (4)3 发光多孔硅 (4)3.1 多孔硅的制作 (4)3.2 多孔硅发光微观结构与发光机理 (5)3.3 多孔硅光致发光光谱 (7)3.4 多孔硅应用研究的展望 (7)4 硅基发光材料研究进入多孔硅的后续发展阶段 (8)4.1 硅基多孔SiC蓝光发射材料 (8)4.2离子注入硅基SiO2 发光薄膜 (9)4.3 硅基低维发光材料 (10)5 结束语 (11)引用文献 (12)1.引言硅不仅电学性质良好，许多光电性质也比较优越。
但是 ,因为硅是间接带隙材料 , 发光效率很低 (在近红外区其效率为)106- ,硅的导带底不在布里渊区的中心]1[,而是在 (110) 方 向轴上 0 . 85 (a π2) 处 ,所以一共有 6 个等价的导带极小 ,当电子从价带被激发至导带 ,通过与 晶格的相互作用 ,放出声子 ,弛豫至导带 ,由于价带顶在布里渊区的中心 ,波矢为零的电子不能直接由导带底跃迁至价带顶发出光子 ,它只能通过同时发射或者吸收一个声子 ,间接跃迁 至价带顶 ,这种间接跃迁的几率比直接跃迁的几率小得多 ,导致其发光效率非常低。
基于上面硅的所具有的缺点，人们曾经想过用可发光的直接带隙材料（如砷化钾）来替代。
但是由于无法发展出一套可以与硅抗衡的平面工艺和集成技术，在微电子集成和光电子集成方面始终未能取代硅。
于是人们把光电子集成基础材料的希望又转向了硅。
本文主要介绍了早期Si 基发光材料、发光多孔硅以及在发光多孔硅带动下硅基发光材料的新发展。
2．早期Si 基发光材料的研究长期以来，人们在硅基发光材料研究上作了坚韧不拔的努力。
几乎在硅集成技术和硅平面工艺发展的每一个阶段 ,人们都曾运用各种工艺技术来探索硅基发光材料]3][2[。
下面仅列 举几个主要研究方面 。
2．1 缺陷工程 缺陷工程的基本思想是在硅单晶中引入光活性缺陷中心 ,它可以由辐照损伤引入 ,也可 以由杂质引起某种结构缺陷。
通过这些缺陷中心实现无声子跃迁而发光. 等电子陷阱是一个 典型例子。
它是在硅中掺入与硅同族 ( ⅣA 族) 的杂质 , 如 C , G e , Sn 或 Pb , 可 形 成 等 电 子 陷 阱 ,它们是辐射复合中心. 在掺 C 的硅中可观 测到无声子跃迁, 但发光效率很低。
有趣的是 ,在非直接带隙的 GaP 中掺入等电子陷阱杂质氮 ,却实现了高效率无声子复合 ,制出了高效发光二极管。
2.2 杂质发光硅中掺入某些杂质，可在禁带内引入辐射复合中心。
一个典型例子是,硅中掺稀土元素铒形成发光中心。
发光波长为154μm ,这正是光纤的低损耗窗,所以倍受重视。
只可惜铒在硅中的固溶度很低,仅为5 ×1018cm-2 ,难以获得强光发射。
近年来人们用铒与氧共注入提高了铒的固溶度。
2.3 能带工程用一种或多种Ⅳ族元素与硅形成合金,改变其能带结构,使竖直跃迁成为可能,还可以控制发光波长。
2.4 异质外延利用外延技术,在硅衬底上外延生长直接带隙材料,例如在硅上生长GaAs。
虽然进行了大量研究,但始终未能获得理想结果。
在90 年代之前,人们研制硅基发光材料,基本上是运用硅材料和器件工艺技术,如掺杂、辐照、外延生长和合金技术等,虽长期努力,却进展不大,只能在低温下获得较弱的发光。
1990年有了一个突破性进展,即是发光多孔硅的发现。
3 发光多孔硅1990年]4[Canham报导:在HF荣溶液中,以单晶为阳极进行电化学腐蚀,表面形成多孔结构,即多孔硅。
在室温下可以和较强的可见光。
他还指出多孔硅是一种量子线,它的发光可用二维量子限制效应解释,这是纳米材料的小尺寸效应之一。
光电子集成诱人的应用前景,纳米材料量子尺寸效应的理论兴趣,推动着多孔硅研究迅速发展。
3.1 多孔硅的制作3.1.1电化学腐蚀法电化学腐蚀法是以单晶硅为材料,以HF 酸为主电解溶液,将难于与HF 酸溶液反应的导体碳棒或金属铂为阴极,单晶硅为阳极,对溶液进行电解,则单晶硅在阳极失去电子被氧化。
硅在阳极氧化过程中,由于在外电场的作用下,正、负离子沿着电场方向集结。
所以,在此过程中,单晶体硅片的腐蚀过程是均匀的,它先在硅表面腐蚀一些孔,而对于孔顶和孔的垂直方向腐蚀比较快,而对孔壁的横向腐蚀比较慢,从而形成了各种类珊瑚状或海绵状的多孔硅。
]5[3.1.2 光化学腐蚀法光化学腐蚀法是把单晶硅片浸泡HF 酸溶液中,再利用适当频率的光波照射在单晶硅片上,产生非平衡载流子,为单晶硅片提供必需的电子和空穴,加速单晶硅和HF 酸的反应速度。
该制作方法如果使用频率太小的入射光,光子能量小于硅的禁带宽度而无法提供必需的电子- 空穴对,如果使用频率太大,则单晶硅因为大面积吸收而影响电子- 空穴对的产生率。
单晶硅片通过适当的光波照射,在HF 酸溶液中溶解,和金属在酸、碱溶液中腐蚀过程相似,在硅表面的一些杂质小区域内,产生空穴的区域为阳极区,产生电子的区域为阴极区,便可在硅片内部形成一个个小小短路的电化学体系。
]5[3.1.3 化学腐蚀法化学腐蚀法是采用单晶硅片浸入HF 酸和强氧化剂的混合溶液中,在室温下,它们就可以发生化学反应]5[。
该方法使用设备简单、操作方便,而且不需要光照条件或者对系统施加电场。
强氧化剂的选择和溶液的体积配比都会影响到生成物的不同,如果采用溶液的体积配比为：V ( HF 酸) ∶V ( HNO3 ) ∶V ( H2O) = 1 ∶1 ∶1。
5。
那么,硅片便先与强氧化剂发生如下反应：3Si + 4HNO3 = 3SiO2+ 2H2O + 4NO ↑,生成一层非常紧密的SiO2保护膜,而SiO2又可以与HF 酸溶液发生反应,使得SiO2 溶解在HF 酸溶液中,生成可溶于水的H2SiF6,其反应为：SiO2 + 6HF = H2SiF6+ 2H2O由此可见,当有HF 酸的存在,硅表面的SiO2不断地被破坏,从而导致内层的硅又不断地被HNO3氧化,生成SiO2保护层,保护层SiO2又与HF 酸发生反应,生成可溶于水的H2SiF6,如此无限循环下去,硅片便不断地被腐蚀掉。
又因为硅片被腐蚀的不定向性,在一段时间内,单晶硅便会被腐蚀成多孔状,形成的便是多孔硅。
除了上述三种制作方法以外,还有火花放电、水热腐蚀法等也可以制作出多孔硅,但是,电化学腐蚀法仍然是普遍采用的制作方法。
3.2 多孔硅发光微观结构与发光机理3.2.1 多孔硅的微观结构通过制备方法制备后的硅片表面形成一层多孔的结构,这种结构很象呈树枝状的珊瑚结构或显海绵状的多孔结构,一般以晶体硅为核心,外吸附以H、O、N、C、F 等元素及各种小分子团,内部孔隙异常丰富,具有很大的表面积与体积比 600 m2 / cm3 ]4[。
利用不同的制备条件可以制备几个微米到几十个微米, 甚至可达到上百个微米厚的多孔硅, 其孔径大小为10～50nm ,硅晶柱尺寸为2～8nm。
一般认为多孔硅由三层结构组成,从上到下分别为: ①表面层/ 纳米孔洞层,厚度为1μm ; ②硅柱层,一般厚度为10～100μm; ③硅衬底/ 体硅层。
3.2.2 多孔硅的光致发光机制现今,人们对多孔硅的发光机理提出多种模型进行解释,但由于主观因素与客观因素的制约,且多孔硅具有复杂的微结构和光学性质,使得多孔硅发光机理仍众说不一。
其中包括量子限制模型、量子限制- 发光中心模型、硅氧烯发光、表面化学吸附发光等。
但量子限制模型与量子限制- 发光中心模型被更多的各国学者所认同。
3.2.2.1 量子限制模型]4[该模型是由Canham 在1990 年首先提出的,后来,他本人又对该模型进行了一些发展,它的主要内容是:多孔硅是由纳米量级的硅线(量子线quantum wire)组成的,由于被激发的电子- 空穴对被限制在纳米硅内部,将附加一个量子限制能量,而导致多孔硅发光能量为1.12 eV + △E 。
电子-空穴对在纳米硅内部复合发光。
如果假设硅线是平均边长为L 的正方形的横截面积,那么△E 可表示为：2*24Lm h E =∆，（3-1） 其中,*m 为电子与空穴的折合质量,电子的有效质量为*e m ,空穴的有效质量为*h m ,那么*m 就可以表示为： *****e h eh m m m m m +=, (3-2)这只是一个简单的表示形式,由式(1) 可知: △E 就是由量子限制效应增加的带宽,与L 2成反比,也就是硅线L 越小,发光能量越大,发光峰蓝移。
该模型提出以后,受到一段时期的广泛认同,而且许多实验都证明纳米硅粒在发光中心所起的作用。
但是,随着研究的深入,这种模型却难于解释一些新的现象,遂产生一种新的模型。
3.2.2.2 量子限制- 发光中心模型[6] 量子限制- 发光中心模型又称为表面态模型,它是由北京大学秦国刚教授在1993 年首先提出的,并在1997 - 1998 年加以完善。