硅納米孔柱陣列的電子躍遷特性研究.pdf

1、AdissertationsubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofDoctorStudyontheelectronictransitionmechanismsofsiliconnanoD0rousDlllararray●llByZhengangHuSupervisor：ProfXinjianLiCondensedmatterphysics—rPhysicalEngineeringColle

2、geMay，2014摘要摘要硅納米孔柱陣列(Siliconnanoporouspillararray，SiNPA)是一種典型的多孔材料和硅納米晶(Siliconnanocrystallites，ncSi)／氧化硅(SiO。)納米復(fù)合體系，研究其在光學(xué)過程中的電子躍遷特性有助于進(jìn)一步了解SiNPA各種物理特性的內(nèi)在機制，為未來設(shè)計和制備基于SiNPA的不同功能納米異質(zhì)結(jié)器件提供基礎(chǔ)性的理論支持。本文綜合利用了表面光電壓(Surfaceph

3、otovoltage，SPV)譜、光致發(fā)光(Photoluminescence，PL)譜等對水熱法和染色腐蝕法制備的SiNPA、經(jīng)過不同溫度熱處理的SiNPA和基于SiNPA制備的聚乙烯咔唑(PVK)／SiNPA有機無機復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，得到了一下主要結(jié)論：一、SiNPA多孔層中ncSUSiO；納米結(jié)構(gòu)的電子躍遷特性對比單晶硅和SiNPA的SPV譜發(fā)現(xiàn)，SiNPA多孔層中ncSi／SiOx納米結(jié)構(gòu)在～580nm一300nto的波長范圍

4、內(nèi)具有明顯的SPV響應(yīng)。在外加不同電場時，ncSi／SiO。納米結(jié)構(gòu)的SPV響應(yīng)完全不同于單晶硅層SPV響應(yīng)的變化規(guī)律，說明ncSi／SiO。納米結(jié)構(gòu)的SPV被ncSi／無定形SiO。界面上某種界面局域電子態(tài)所主導(dǎo)。對SiNPA在空氣中進(jìn)行退火氧化，隨著退火溫度從100℃升至500℃時，位于～580nm到～300nm之間來自多孔層的SPV響應(yīng)會逐漸減弱直至幾乎完全消失；同時，位于紅光區(qū)的單PL帶在200。C時分裂為兩個PL帶，500。C

5、時大幅減弱直至完全消失；位于紅光近紅外區(qū)的PL帶則逐漸增強。與此同時，在紫光一藍(lán)光區(qū)內(nèi)出現(xiàn)一新的PL帶形成并逐漸增強。SiNPA經(jīng)過兩年空氣中自然氧化后，來自于單晶硅層的SPV完全消失，僅表現(xiàn)出多孔層ncSi／SiOx納米結(jié)構(gòu)的光吸收特征。分析表明，SiNPA樣品中多孔層ncSi／SiOx納米結(jié)構(gòu)的SPV和紅光PL都是來自于ncSi與無定形SiOx結(jié)構(gòu)的界面上SiO結(jié)構(gòu)相關(guān)的界面局域電子態(tài)所主導(dǎo)的電子躍遷，而位于紅光近紅外區(qū)域的PL來源