多孔硅后处理发光性能的研究

论文摘要

多孔硅在全硅光电子集成有着潜在的应用前景，但是要将多孔硅投入实际使用，尚有许多工作要做，其中最重要的问题之一就是如何解决多孔硅发光的不稳定性。本文研究了不同后处理对多孔硅发光稳定性的影响。采用电化学阳极腐蚀法制备了不同条件下的多孔硅，通过阴极还原和酸处理两种处理方法对多孔硅表面进行改性。根据PL谱的测试结果讨论分析不同的条件对多孔硅发光的影响。借助原子力显微镜分析处理对样品表面形貌和成分的影响。实验结果表明酸处理对提高多孔硅的发光效率有显著的效果，并提出了其可能的作用机制。论文着重对比了不同条件下未处理与阴极还原处理的多孔硅样品的发光稳定性。在自然存放下，经过阴极还原处理的多孔硅，发光峰位及发光强度变化都很小，呈稳定状态。在自然存放时间长达一年的样品，对多孔硅的双峰现象进行了PL谱测试。研究了不同的激发波长对长波峰和短波峰的影响规律。在自然存放的缓慢氧化过程中，氧化过程对未处理的样品影响强于阴极还原处理的样品，对长波峰的影响强于短波峰，而随着激发波长的减小，短波峰的强度逐渐增强。自然存放的多孔硅，在氧化到达到一定的程度，短波长(250nm)激发多孔硅样品，发光峰位和强度不再改变。并综合实验结果对多孔硅的发光机制进行了探讨。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 多孔硅的历史
• 1.2 多孔硅制备方法
• 1.2.1 阳极腐蚀法（Anodic Etching）
• 1.2.2 锈蚀（stain etching）
• 1.2.3 火花放电法（Spark Discharge）
• 1.2.4 水热腐蚀法（Hydro-Thermal Etching）
• 1.2.5 光化学腐蚀法（Photochemical etehing）
• 1.2.6 脉冲腐蚀法（Impulse Etching）
• 1.3 多孔硅的形成机理
• 1.3.1 Beale耗尽模型
• 1.3.2 限制扩散模型
• 1.3.3 量子限制模型
• 1.3.4 多孔硅形成时的化学反应
• 1.4 多孔硅的发光机理
• 1.4.1 量子限制模型
• 1.4.2 氢化非晶硅模型
• 1.4.3 表面氢化物模型
• 1.4.4 缺陷模型
• 1.4.5 硅氧烯模型
• 1.4.6 表面态模型
• 1.4.7 量子限制-发光中心模型
• 1.5 多孔硅性能（properties of PS）
• 1.5.1 多孔硅阳极氧化条件的影响
• 1.5.2 多孔硅的微结构
• 1.5.3 孔径（pore diameter）
• 1.5.4 孔隙率
• 1.5.5 多孔层深度
• 1.5.6 化学成分
• 1.6 多孔硅的发光
• 1.7 本课题研究内容
• 第二章 多孔硅的测试原理与制备条件
• 2.1 测试仪器及测试原理
• 2.1.1 荧光分光光度计
• 2.1.2 原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）
• 2.1.3 磨角法测多孔硅厚度
• 2.2 硅片的清洗
• 2.3 多孔硅的制备
• 2.4 制备参数对多孔硅形成的影响
• 2.4.1 电解液对多孔硅形成的影响
• 2.4.2 电流密度对多孔硅形成的影响
• 2.4.3 腐蚀时间对多孔硅形成的影响
• 2.4.4 衬底对对多孔硅形成的影响
• 2.5 后处理方法
• 2.5.1 氧化处理
• 2.5.2 钝化处理
• 2.5.3 超临界干燥处理
• 2.5.4 本论文采用的后处理方法
• 第三章 多孔硅后处理发光性能的研究
• 3.1 制备条件对多孔硅发光的影响
• 3.1.1 光致发光性能（PL）
• 3.1.2 表面形貌表征（AFM）
• 3.1.3 实验结果讨论
• 3.2 多孔硅后处理发光的研究
• 3.2.1 阴极还原处理多孔硅的发光特性和表面形貌
• 3.2.2 酸处理多孔硅的发光特性和表面形貌
• 3.3 多孔硅发光稳定性的研究
• 3.3.1 光激发对多孔硅PL谱的影响
• 3.3.2 PS表面不同位置的发光峰对比
• 3.3.3 在自然存放条件下发光的影响
• 3.3.4 不同激发波长对 PL谱的影响
• 3.4 发光机制的讨论
• 3.5 小结
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果