新型硅納米晶材料的制備及其發(fā)光性能的研究.pdf

1、Y刪1《5㈣31㈨73㈣2⑧天畢大警TIANJINUNfVERSITY博士學(xué)位論文一級學(xué)科：塑墊塾蘭皇三堡學(xué)科專業(yè)：塾整堂作者姓名：量塑墮指導(dǎo)教師：塾量塾堡塾墨皇劇教授天津大學(xué)研究生院2008年1月中文摘要自從英國科學(xué)家LTCanham成功制備出具有可見光發(fā)射性能的多孔硅(PS)后，以電子領(lǐng)域最重要的半導(dǎo)體硅(Si)作為發(fā)光材料的研究引起了廣泛關(guān)注。而Si納米晶作為零維納米材料以其特有的量子限制效應(yīng)成為所有Si納米結(jié)構(gòu)發(fā)光研究中的熱點(diǎn)。

2、本論文通過改變Si的晶體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了Si納米晶材料的高效發(fā)光，通過硅一銀(Si—Ag)鍵表面鈍化PS實現(xiàn)Si納米晶材料的高強(qiáng)度穩(wěn)定發(fā)光，并欲通過實現(xiàn)Si納米晶有序分布實現(xiàn)Si納米晶材料發(fā)光均勻化。研究發(fā)現(xiàn)，采用低成本、無污染的偏壓濺射法可以制備出具有藍(lán)光和紫外光發(fā)射的面心立方結(jié)構(gòu)Si(fcc—Si)納米晶材料。同時通過對比金剛石結(jié)構(gòu)Si(dc—Si)納米晶材料的發(fā)光性能和吸收性能發(fā)現(xiàn)，雖然fccSi納米晶仍然屬于間接帶隙半導(dǎo)體，但fcc—

3、Si納米晶／si氧化物系統(tǒng)的發(fā)光效率更高，約為dc—Si納米晶／si氧化物系統(tǒng)的12～16倍。另外，通過低成本、工藝簡單的電化學(xué)陽極氧化和電化學(xué)沉積二步法制備出具有SiAg鍵表面鈍化的PS。研究結(jié)果表明，具有最佳鈍化效果的PS的發(fā)光強(qiáng)度是普通PS的3倍，且具有更高的發(fā)光穩(wěn)定性。鈍化后PS的發(fā)光強(qiáng)度與表面SiAg鍵的數(shù)量緊密相關(guān)：首先隨著表面鍵數(shù)量的增多而強(qiáng)度增大，表面鍵飽和后強(qiáng)度達(dá)到最大，隨后隨著沉積Ag數(shù)量的增多，PS的發(fā)光發(fā)生淬滅。

4、本論文同時通過理論和試驗對Si納米晶的有序分布做了初步探討。首次用MonteCarl0方法模擬了應(yīng)變場作用下Si原子在非晶氧化硅隔離層上的分布狀態(tài)。結(jié)果表明，應(yīng)變場確實對Si原子最終分布的區(qū)域具有調(diào)控作用，從理論上證明在非晶基體中，Si納米晶同樣可以實現(xiàn)應(yīng)變場驅(qū)動的有序分布。試驗方面，通過偏壓共濺射加后續(xù)退火的方法成功制備了目前最高面密度的Si納米晶(約71012cm一，比當(dāng)前文獻(xiàn)報道的Si／氧化硅系統(tǒng)的最高密度高5～10倍)。高分辨電