摻雜對(duì)多孔硅及氧化鋅光學(xué)特性的影響.pdf

1、硅是微電子學(xué)中應(yīng)用最為廣泛的材料，但由于硅是間接帶隙的半導(dǎo)體，禁帶寬度窄，發(fā)光效率很低，因而限制了它在光電子領(lǐng)域中的應(yīng)用。1990年，英國(guó)科學(xué)家Canham 首次觀(guān)察到室溫下多孔硅強(qiáng)的可見(jiàn)光致發(fā)光，并用量子效應(yīng)進(jìn)行了解釋?zhuān)瑸閷?shí)現(xiàn)硅基光電子集成指明前景，使多孔硅迅速成為世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。1996年以多孔硅為基礎(chǔ)材料的光電集成電路的實(shí)現(xiàn)使得這種前景更加誘人，同時(shí)也為全硅基光電子集成提供了可能。多年來(lái)人們?yōu)榱说玫桨l(fā)光穩(wěn)定且波長(zhǎng)范圍較寬的多

2、孔硅的光致發(fā)光進(jìn)行了廣泛深入的研究，采取稀土摻雜，金屬輔助電化學(xué)腐蝕，濕氧化處理，光化學(xué)腐蝕等不同方法改善了多孔硅的發(fā)光特性。
　　 本文首先簡(jiǎn)單介紹了多孔硅的發(fā)展及其復(fù)合結(jié)構(gòu)制備以及應(yīng)用方面的研究現(xiàn)狀。主要敘述了人們用不同的方法制備多孔硅的工藝和多孔硅的微結(jié)構(gòu)及其化學(xué)組成的研究結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)總結(jié)了多孔硅的形成機(jī)制和發(fā)光機(jī)理。
　　 從多孔硅的形成機(jī)理入手，并對(duì)多孔硅發(fā)光機(jī)理和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了討論。而目前盡管對(duì)

3、多孔硅體系的發(fā)光機(jī)理提出了一些理論模型，但都是各執(zhí)己見(jiàn)，并未達(dá)成共識(shí)。因此對(duì)多孔硅發(fā)光機(jī)理和形成機(jī)理的研究以及如何將其制成性能優(yōu)越的激光器以滿(mǎn)足光電集成的要求還需要更多的努力。
　　 在硅中摻入稀土離子是探索高效硅基發(fā)光材料的途徑之一，而多孔硅具有大的表面積而成為最有前景的稀土摻雜基質(zhì)。采用電化學(xué)方法在多孔硅中摻雜了稀土釔元素。用熒光分光光度計(jì)分析了樣品的光致發(fā)光特性。多孔硅樣品在440 nm波長(zhǎng)激發(fā)下，光致發(fā)光譜上主發(fā)光峰位于

4、620 nm，認(rèn)為其來(lái)源于Si-O 復(fù)合物的發(fā)光中心；多孔硅樣品在390 nm 波長(zhǎng)激發(fā)下，光致發(fā)光譜上主發(fā)光峰分別位于527 nm和576 nm，并且用量子限制/發(fā)光中心模型加以解釋。釔摻雜多孔硅樣品的光致發(fā)光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，并且在484 nm 附近出現(xiàn)新的發(fā)光峰。分析結(jié)果認(rèn)為，這是由于釔的摻入，在多孔硅禁帶中形成了新的表面能級(jí)，從而形成新的發(fā)光中心的結(jié)果。
　　 此外，采用溶膠-凝膠法在石英襯底上制備出了不同Ag 摻雜量的氧化

5、鋅薄膜，利用X 射線(xiàn)衍射儀、紫外分光光度計(jì)研究了不同Ag 摻雜量對(duì)氧化鋅薄膜結(jié)構(gòu)以及光學(xué)特性的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著Ag 摻雜量的增加，氧化鋅(002)衍射峰的向小角度方向移動(dòng)，強(qiáng)度逐漸變小，并且半高寬增大，同時(shí)禁帶寬度逐漸變小，分析認(rèn)為這是由于A(yíng)g 2+離子替代Zn 2+，導(dǎo)致晶胞體積的明顯膨脹的結(jié)果。在A(yíng)g摻雜為1％的氧化鋅薄膜對(duì)紫外光的透射率最低，并且摻雜的氧化鋅薄膜的吸收邊向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，由于A(yíng)g 摻入可有效地調(diào)整