多孔硅光电性能研究

论文摘要

由于硅是具有窄的、间接能隙的半导体材料,因此不能有效地发出可见光。直到1990年,室温下发光的多孔硅（PS）的发现为发展硅基光电器件提供了广阔的前景,1996年以PS为基础材料的光电集成电路的实现使得这种前景更加诱人。但要将多孔硅投入实用,还存在不少问题,其一是多孔硅发光的机制尚不明了;其二是PS发光的效率极低和不稳定性。对此,本文作了以下工作。采用改进过的Maxwell-Gamett模型研究了入射光波长和多孔硅的孔隙率对反射光谱和介电光谱的影响,结果表明:（1）随着入射光波长的增大,多孔硅的反射率先增大后减小,而随着孔隙率的增大反射光谱出现了明显的下塌趋势,且孔隙率越大下塌得越明显;（2）随着孔隙率的增加,多孔硅复介电光谱出现明显的蓝移现象,且多孔硅有效介电常数的实部和虚部均变小。此外还对这种现象给出了较为合理的解释。基于Vlkulov等人对金属/多孔硅/硅结构输运特性的研究,分析了载流子在金属/多孔硅/硅结构中的传输过程,研究了各层中电场强度以及电压的分布,讨论了镜象势在正反向偏压下对金属/多孔硅/硅结构Ⅰ-Ⅴ特性的影响。结果表明:金属/多孔硅/硅结构中电流主要受表面态电荷和界面层影响,改变多孔硅层厚度将导致各层中电压的重新分布,不管是正向偏压还是反向偏压,电流随厚度的增加而减小;镜象势在正向偏压时对电流的影响可以忽略,但随反向偏压增大镜象势对电流的影响越来越大。提出了一种新颖的多孔硅表面钝化技术,即采用高真空磁控溅射镀膜的方法在新制备的多孔硅上沉积金属钨膜。采用原子力显微镜（AFM）、荧光分光光度计对多孔硅钨膜的表面形貌及发光特性进行了分析。结果表明:采用高真空磁控溅射镀膜法可在多孔硅基片上形成均匀、性能稳定的钨膜。用钨膜钝化的多孔硅,对稳定多孔硅的发光强度与发光峰位作用明显,并增强了多孔硅的机械强度。因此采用钨膜钝化多孔硅能够使多孔硅的不稳定性得到改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 多孔硅概述
• 1.1.1 单晶硅
• 1.1.2 多孔硅
• 1.2 多孔硅的应用研究
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 第二章 多孔硅的制备方法及发光机理
• 2.1 多孔硅的制备方法
• 2.1.1 阳极腐蚀法
• 2.1.2 光化学腐蚀法
• 2.1.3 化学腐蚀法
• 2.1.4 染色腐蚀法
• 2.1.5 火花放电法
• 2.1.6 水热腐蚀法
• 2.2 多孔硅的形成机理
• 2.2.1 量子限制模型
• 2.2.2 Beale耗尽模型
• 2.3 多孔硅的光致发光
• 2.3.1 多孔硅的光致发光特性
• 2.3.2 多孔硅的光致发光机理
• 2.4 多孔硅的电致发光
• 2.5 本章小结
• 第三章 多孔硅有效介电函数研究
• 3.1 引言
• 3.2 理论模型
• 3.2.1 Maxwell-Garnett模型
• 3.2.2 经验公式
• 3.2.3 组分介电模型
• 3.3 计算及讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 金属/多孔硅/硅结构发光器件输运特性的研究
• 4.1 引言
• 4.2 理论模型
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 电场强度
• 4.3.2 电场分布
• 4.3.3 电流与电压关系
• 4.3.4 镜像势对电流影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 钨钝化多孔硅性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验
• 5.2.1 样品制备仪器及其原理
• 5.2.2 硅片的清洗及后处理
• 5.2.3 检测
• 5.2.4 结果和讨论
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 主要结论
• 6.2 前景展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所发表的论文目录