硅基发光材料的制备、性能和机理研究

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1、摘要纳米硅晶有许多不同于单晶硅的结构、光学及光电性能，它在发光器件、光探测器件、光电集成器件以及传感器等领域有广阔的应用前景。本实验研究了90年代以来成为硅基纳米材料主要代表的多孔硅的制备方法、生长机理和发光机理。本论文采用电化学方法和化学刻蚀方法制备了不同条件下的多孔硅，并测试了其光致发光性能，在紫外线激发或阳极偏压的条件下，可观测到强的红、橙、黄、绿光的发射。实验发现，随着电流密度的增大，时间的延长和电解液浓度的降低，多孔硅发光峰位会有蓝移。由于多孔硅的发光不稳定，在空气中放置一段时间后会发生衰减，本实验首次采用一种简便的方法对多

2、孔硅进行处理，得到了发光强度高、发光性能稳定的多孔硅。目前，多孔硅的光致发光机理、电致发光机理和多孔硅的形成和生长机理目前尚无定论。本实验研究认为对发射稳定的红、橙光的多孔硅量子限制效应起主导作用，表面态起辅助作用，而且对两个不同的发光峰位，受量子限制效应的影响程度是不同的；对于发不稳定的黄、绿光样品，纳米晶的量子限制效应作为源头，而表面态起主导作用。本实验为电解液接触多孔硅电致发光是由Si-H键氧化而注入电子提供了新的实验依据。另外，本文还结合多孔硅的制备参数，讨论了多孔硅的生长过程和发光机理之间的关系，深入分析了多孔硅的形成机理和

3、发光机理。关键词：多孔硅光致发光电致发光表面钝化量子限制效应表面态ABSTRACTSiliconnanocrys诅lscallemitvisiblelightandexhibitnoveloptoelectronicpropertiesandspecialstructure．Itshowshighpotentialonlight—emittingdevices，photodetector,optoelectronlcdevicesandsensor．Theporoussiliconisarepresentofsilicon—based

4、nanometermaterial，inthisdissertation，thepreparationprocess，themechanismofformationofporoussiliconanditsluminescenceweresystematicallyinvestigated．Theporoussiliconwasfabricatedbyelectrochemicalandchemicalmethodsandthephotoluminescencepropertiesweremeasured．Intensivered，o

5、range，yellow,greenlightCanbeseenwhenporoussiliconwasirradiatedunderultravioletlightorworkaspositivebiases．Itwasdiscoveredthatwiththeincreaseofthecurrentdensity,anodizingtimeandthereductionofHFconcentration,thepeaksofPLshowstheblueshift．WhenPSareexposedtotheair,theintens

6、ityofPLwilldecrease．AnovelandeasymethodWasadoptedtoimprovetheintensityandstabilityofthephotoluminescence．Themechanicsofphotoluminescence，eleclToluminescenceandR珊ationprocessarestillinargument．Itwasdiscoveredthatthestableredandorangelight。emittingWascausedbyquantumconfin

7、ementandthesurfacestateplayedanassistantrole；theunstableyellowandgreenlight-emittingwasmainlycausedbysurfacestateandthequantumconfinementplayedanassistantrole．TheelectroluminescenceofporoussiliconinHClacidatpositivestemmedfromtheoxidationofSi—HbondonthesurfaceofPS．Wepro

8、vidednewprooffortllistheory．Inaddition，therelationbetweentheformationprocessand协emechanismofphotoluminesceneeW