多孔硅的制备与发光特性的分析

《多孔硅的制备与发光特性的分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、l2．3光化学腐蚀法在1993年的时候，Noguchi和Suemune等人通过实验和研究，在电化学腐蚀法的基础上，提出了光化学腐蚀法¨2I。装置如图11所示，外电路电极不提供反应所需的空穴载流子，而是通过光照硅基体产生∽1。Y””。。。斟1I光化}腐蚀实验裟苣削光化学腐蚀法使用的腐蚀溶液加入了HF／HN03、HF／H202、HF／FeCl3、HF／12⋯等不同的氧化剂，由于氧化剂的引入大大缩短了制备时fsJ，从原柬的一个小时降低到10～30分钟。入射光的波长选择是进行腐蚀的关键”"：入射光波K太长，无法产生电子一空穴对，入射光波长太短，会影响

2、电子-空穴对的产出率，所以光化学腐蚀法大多数使用的光源为可见光和紫外光㈣。1．2．4水热腐蚀法水热腐蚀法”71是由我国中国科技大学结构分析】T放研究实验室发明的一种新的多孔硅制备技术。水热腐蚀法是将硅片固定在高压水热釜的内村旱，在一定温度下，通过控制腐蚀液的浓度，进行水热反应制得多孔硅的一种方法{l“。浚方法实质是在多孔硅的纳米颗粒的表面形成一层台有Fe．sl键的钝化层，取代易于被断丌的s1．H键，实现了多孔硅发光的稳定性。1．2．5脉冲腐蚀法RGrover，KLNarasimhanI”1等人通过大量的研究，在电化学的基础上．总结出用电化学脉

3、冲腐蚀法制备多孔硅的方法。在运用屯化学脉7

4、『l腐蚀法时，和电化学阳极腐蚀法有着跟不同的制各方式，主要采用了周期性变换的脉冲电流腐蚀，电化学阳极腐蚀法却采用直流电流腐蚀。通过计算机辅助软件的控制，对电化学脉冲腐蚀过程的电流实施干预。有规律的变替改变腐蚀电流的大小，可以在电化学腐蚀过程中，制各出有规律交替出现不同折射率的多孔硅样品。对于不用折射率，通过改变电化学腐蚀时间的方法，就可以很好的控制不同P口折射率层的生成厚度。在电化学脉冲腐蚀实验过程中，主要有两种特殊的腐蚀模式：1)在有规律交替的腐蚀电脉冲变化过程中，电化学腐蚀的有效电化学时Ⅵ就是电

5、化学脉冲鹪蚀中的脉冲宽度，运用这种方式的电化学腐蚀速率比较迅速。2)将单晶硅放入HF腐蚀溶液中r在这个过程中没有电流脉冲的作用，所以此时的电化学腐蚀为浸泡腐蚀口⋯，这种方式的电化学腐蚀速率比较缓慢。1．2．6火花放电法火花放电法也称作火花放电技术，这种腐蚀方法在室温F就可以进行腐蚀反应．也刊以在干燥的高纯氮气中进行腐蚀反应。整个腐蚀过程中运用了高压／低流特斯拉转换器。在火花放电法腐蚀过程中，用于没有古氟的腐蚀溶液的参与反应，并且整个腐蚀过程都在干燥的高纯氨气中进行，这样制各的多孔硅结构中就不会含有氟、氧等元素，对此多孔硅发光的有关的解释就与事

6、实矛盾了。电火花刻蚀法也就是火花腐蚀法其中的一种。Hummel口”等人经过大量的实验和研究，首先发表了关于电火花刻蚀法的报道。在电火花刻蚀法过程中．运用电阻系数比较低的n型或P型单晶硅片作为刻蚀正电极，为了防止在电火花刻蚀过程中负电极造成污染，所以选用与『F电极同样材质的材料作为刻蚀负电极，再通过高压电／t5电流的特斯拉变压器，在室温的条件下，在空气或干燥高纯N2的坏境中，用单晶硅进行电火花刻蚀，这样就可以制各出多孔硅。运用电火花刻蚀法制备的多孔硅由于工艺的特殊性，可以很好的避免与氟、氢、氧等元素对多孔硅的污染。13多孔硅的形成机理根据多孔硅

7、的表面形貌和结构特征，多孔硅基本上都是以孔状方式生长，所以对于多孔硅形成原理的合理阐释，必须要遵循以下三个方面：(1)电化学的反应性质、反应物、生成物、反应过程、反应级数和反应顺序等；(2)在单晶硅和电解液界面之间不同的物相中电荷传递的性质及其速率；(3)各反应在空问和时间上的分却咀及产生此现象的原因。在1950年之后，美国科学家1．Jhlir和Turner首次指出在7K性HF溶液中．硅电极的溶解过程中形成固体表面层。这一表面层只有在低于一个临界电流密度如月会形成；当处于比临界电流密度‘更高的电极电位州则产生抛光现象，因为浚表面层是含有氟的非

8、晶杏物质(SiF!)x。到1960年有报道指出馥表面层毛要山聚合的硅氢化物组成，是由歧化反应合成的吲：Si+2HF+(2一n)e+呻SiF2+2H++ne’(13)2H++2e_H2(1．4)这个反应过程是一个氧化还原反应，空穴表示为e+，电子表示为e‘，在这个反应过程中，需要电子和空穴的数量达到平衡，所以反应系数应当满足n≤2。空穴数量的多少是决定反应是否能够顺利进行的关键因素。单晶硅内部的空穴通过扩散作用漂移到单品硅的表面，在腐蚀反应过程中。空穴与单晶硅表面的硅原子发生氧化反应，形成孔状的特殊结构。由于SiF：是极不稳定，将继续发生下述反

9、应：2SiF，一Sl+SiF4(15)SiF4+2HF_H2SiF6(161另外，sl在电场作用下与H20反应Si+2H20_．Si02+2Hz(17)Si02+6