n型多孔硅制備、發(fā)光性能及Al表面鈍化處理.pdf

1、多孔硅因具有獨特的發(fā)光性能而成為材料界的研究熱點。隨著對多孔硅材料研究的不斷深入,多孔硅制備和性能研究都有了很大進展,但仍然有許多重要問題沒有解決,如發(fā)光器件發(fā)光強度低、發(fā)光壽命短、發(fā)光穩(wěn)定性差等。
　　 本文采用雙槽電化學腐蝕法于光照條件下在n型單晶硅片襯底上制備了n型多孔硅(n-PS),通過室溫500～700nm范圍內(nèi)熒光光譜和掃描電鏡(SEM)測試系統(tǒng),研究了光照、腐蝕時間、電解液濃度、腐蝕電流密度及單晶硅摻雜濃度等對n-

2、PS的形成、結(jié)構(gòu)形貌和光致發(fā)光(PL)性能的影響。結(jié)果表明,通過光照,能獲得具有均勻孔分布和良好發(fā)光特性的n-PS,在約600nm處產(chǎn)生較強PL峰;隨腐蝕時間、HF濃度和電流密度增加,PL峰位先發(fā)生藍移,而后又出現(xiàn)紅移;PL發(fā)光性能呈先增強后減弱變化趨勢,分別在腐蝕時間為20min、HF濃度為6％和電流密度為60mA/cm2時峰強出現(xiàn)極大值;而提高摻雜濃度,PL性能降低。
　　 進一步采用脈沖電化學腐蝕制備了n-PS,系統(tǒng)探討了

3、等效腐蝕時間、脈沖頻率、占空比等脈沖電化學腐蝕條件對n-PS室溫可見區(qū)PL性能的影響。結(jié)果表明,該法制備的n-PS比同條件下恒流腐蝕法獲得的n-PS的PL強度更高,發(fā)光峰位藍移,且等效腐蝕時間、脈沖頻率和占空比均顯著影響其PL峰位及發(fā)光強度;并用SEM觀察其表面形貌,顯示形貌更均勻,說明脈沖腐蝕是一種制備n-PS更優(yōu)良的電化學方法。
　　 為了改善多孔硅的發(fā)光性能和穩(wěn)定性,采用電化學沉積Al3+的方法處理用脈沖腐蝕制備的n-PS

4、,以鈍化其表面。通過對沉積Al3+前后n-PS的PL光譜、FT-IR光譜(傅里葉變換紅外吸收光譜)和SEM圖的研究,探討了Al3+在多孔硅表面的鈍化作用及其對PL性能的影響。結(jié)果表明,適量沉積Al3+可有效地改善n-PS的光致發(fā)光強度和穩(wěn)定性。其作用機理是Al3+覆蓋于多孔硅表面與硅形成穩(wěn)定的Si-Al鍵,能夠有效地抑制硅懸鍵的形成,減少非發(fā)光中心,從而減緩發(fā)光強度的衰減,穩(wěn)定其發(fā)光性能;但過量的Al3+沉積會造成Al3+大量覆蓋在n-