多孔硅的电化学制备与光致发光

论文摘要

多孔硅的研究主要集中在提高其光致发光强度和稳定性上,本论文通过电化学腐蚀制备多孔硅,研究了制备条件对多孔硅光致发光的影响,同时运用酸处理和阴极还原处理探讨了后处理对多孔硅稳定性的影响。实验表明,对于固定浓度的腐蚀液,在腐蚀时间相同的情况下,随着腐蚀电流密度的增大,多孔硅的光致发光强度先增加后衰减,说明制备多孔硅存在最佳腐蚀电流密度。当腐蚀溶液为V(HF):V(C2H5OH)=1:1,腐蚀时间为15min,比较理想的腐蚀电流密度是50mA/cm2。对于相同的腐蚀时间和腐蚀电流密度,随着腐蚀液浓度的增大,多孔硅的光致发光强度先增加后衰减,说明制备多孔硅存在最佳腐蚀液浓度。实验中,对应腐蚀电流密度50mA/cm2,腐蚀时间1 Omin,相对理想的腐蚀液配比是V(HF):V(C2H5OH)=1:3。对于相同的腐蚀液浓度和腐蚀电流密度,随着腐蚀时间的增加,多孔硅的光致发光强度先增加后衰减,说明制备多孔硅存在最佳腐蚀时间。对于腐蚀溶液为V(HF):V(C2H5OH)=1:1,电流密度为10mA/cm2,比较理想的腐蚀时间是15min。实验中发现,随着实验条件不同,多孔硅的发光峰位有“红移”也有“蓝移”现象,峰位发生移动可能是由多孔硅的表面态引起。多孔硅放置过程中,其发光性能会衰减,但对样品进行后处理能改善其发光稳定性。实验所得的数据和规律,可以用量子限制模型和发光中心模型解释,但多孔硅的光致发光跟表面态也有密切关系。多孔硅的制备存在最佳条件,不同条件下制得的样品其发光强度和峰值不同。为了获得性能更好的多孔硅,可以通过改善制备条件,以及对样品做后处理实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 多孔硅概述
• 1.2 多孔硅的形成原理
• 1.2.1 Beale耗尽模型
• 1.2.2 空穴扩散限制模型
• 1.2.3 量子限制模型
• 1.3 多孔硅的制备方法
• 1.3.1 化学腐蚀法
• 1.3.2 电化学腐蚀法
• 1.3.2.1 单槽电化学腐蚀法
• 1.3.2.2 双槽电化学腐蚀法
• 1.3.2.3 旋转槽电化学腐蚀法
• 1.3.2.4 脉冲电化学腐蚀法
• 1.3.3 光化学腐蚀法
• 1.3.4 刻蚀法
• 1.3.4.1 溅射刻蚀法
• 1.3.4.2 蒸汽刻蚀法
• 1.3.4.3 气体刻蚀法
• 1.3.5 水热腐蚀法
• 1.3.6 火花腐蚀法
• 1.4 多孔硅的光致发光机理
• 1.4.1 量子限制模型
• 1.4.2 硅本征态表面态模型
• 1.4.3 发光中心模型
• 1.4.4 其他关于发光机理的解释
• 1.4.4.1 硅-氢键发光
• 1.4.4.2 硅氧烯发光
• 1.5 多孔硅的微结构
• 1.6 多孔硅的后处理
• 1.6.1 氧化处理
• 1.6.2 钝化处理
• 1.6.3 超临界干燥处理
• 1.7 多孔硅的应用前景
• 1.8 本论文的研究目的及内容
• 1.9 本章总结
• 第二章 样品的制备及测试
• 2.1 电化学腐蚀装置
• 2.1.1 电解池的制作
• 2.1.2 电路的连接
• 2.1.3 硅片的清洗
• 2.1.4 腐蚀溶液的配制
• 2.1.5 电化学腐蚀实验
• 2.2 测试
• 2.3 本章小结
• 第三章 光致发光
• 3.1 实验
• 3.2 实验数据及分析
• 3.2.1 腐蚀液配比对多孔硅光致发光谱的影响
• 3.2.2 腐蚀电流密度对多孔硅光致发光谱的影响
• 3.2.3 腐蚀时间对多孔硅光致发光谱的影响
• 3.2.4 自然氧化对多孔硅光致发光谱的影响
• 3.2.5 硝酸处理对多孔硅光致发光谱的影响
• 3.2.6 阴极还原对多孔硅光致发光谱的影响
• 3.2.7 多孔硅荧光谱的双峰结构
• 3.2.8 硝酸处理对多孔硅发光稳定性的影响
• 3.2.9 阴极还原处理对多孔硅发光稳定性的影响
• 3.2.10 硝酸处理对多孔硅表面不同位置发光性能的影响
• 3.2.11 阴极还原处理对多孔硅表面不同位置发光性能的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 结论及未来的方向
• 4.1 结论
• 4.2 未来的研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果