阳极腐蚀多孔硅的光致发光和正电子湮没谱学研究

摘要

硅作为当前研究的热点领域，即光电集成的基本材料，一个主要的缺点就是它是间接带隙半导体，自身只能发射极微弱的红外光。与硅体材料不同，多孔硅拥有大量超精细的纳米硅晶粒和硅纳米线，在室温下具有高效的可见光区域的光致发光特性。由于具有大的内表面积，多孔硅材料也在化学和生物传感方面的具体应用也引起了人们的强烈兴趣。
　　 制备发光多孔硅的基本方法是阳极腐蚀法，这种方法的优点就是设计简单并且成本低廉。本论文在此基础上，使用电化学工作站研究了多孔硅制备过程中硅/氢氟酸界面的伏安特性，发现当腐蚀电流密度低于临界值时可以得到较高孔隙率的多孔硅，相反则会发生电化学抛光。
　　 针对电流是阳极腐蚀法制备多孔硅的重要参数条件，使用正电子湮没寿命谱仪和真空紫外荧光光谱仪对不同电流密度腐蚀条件下制备的多孔硅进行微结构及发光性能的表征，通过正电子湮没方法研究多孔硅微结构对多孔硅光致发光性能的影响。
　　 本文比较了脉冲腐蚀和恒压腐蚀两种条件下制备的多孔硅，结果表明脉冲法有利于腐蚀过程中孔洞保持一定方向性的生长，形成的纳米硅线不易被腐蚀掉，能够使得制备出的多孔硅发光得到显著增强，是比传统的恒压法更为优越的一种多孔硅制备方法。
　　 使用磁控溅射的方法制备出了表面具有Si-Ag键的钝化多孔硅，通过改变溅射时间在多孔硅表面形成了不同厚度的银膜。根据荧光光谱的结果和多普勒展宽分析，多孔硅表面沉积银层的缺陷会随溅射时间的增加而改变，Ag/Si层中载流子辐射复合中心随着缺陷的增加而增加，使得多孔硅发光增强。当银层厚度过大，多孔硅的光致发光会因在银层中发生损耗而减弱。