多孔硅的表面处理及其对光致发光性能的影响

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1、摘要摘要多孔硅在室温下可以发射很强的可见光，所以它在半导体照明和光电集成方面具有很大的应用前景。但是当多孔硅存放在空气中时，多孔硅的发光强度会逐渐减弱，于是多孔硅发光的不稳定性成为多孔硅在应用过程中最大的障碍。本文采用一系列新颖的表面处理方法，对多孔硅光致发光性能进行改善，处理后的多孔硅发光强度显著增加。本论文研究了不同活性的低能(800ev)离子辐照对多孔硅发光性能的影响。在氩离子辐照的情况下，辐照后的多孔硅光致发光(PL)发生猝熄，而当把辐照之后的多孔硅存放在空气中，PL会发生恢复，但最终恢复的强度

2、低于原始多孔硅的发光强度。PL的猝熄是由于辐照使多孔硅表面产生了缺陷，这些缺陷作为非辐射复合中心使PL发生猝熄。PL的恢复与Si．H键的背键氧化有关；在氮离子辐照的情况下，PL性能的变化与氩离子辐照类似，但是PL恢复的强度强于原始多孔硅，这与辐照过程中形成的Si-N键有关；而在氧离子辐照的过程中，Si．H键被辐照的氧离子氧化，多孔硅表面形成一层欠氧的氧化层SiOx(1

3、从表面化学键的角度对该问题进行了研究。离子辐照后的多孑L硅存放在水和乙醇溶液中，由于抑制了Si-H键的背键氧化，使多孔硅发光强度不能完全恢复。本论文尝试用退火的方法，在氮离子辐照前破坏多孔硅表面的Si．H键，希望为氮离子提供更多可以反应的硅悬键。试验结果表明，本文采用的退火工艺不能够破坏多孔硅表面的Si．H键。另外，本论文还尝试用超声分散多孔硅层的方法制备硅的纳米颗粒，含有硅纳米颗粒的丙酮溶液具有超强的蓝光发射。关键词：多孔硅离子辐照傅立叶红外光谱光致发光硅纳米颗粒IlABSTRACTPoroussil

4、iconshowsstrongvisibleluminescenceandisregardedasapotentialmaterialforilluminationandphotoelectricintegration；however，asstoredinair，photoluminescence(PL)intensityofporoussilicon(PS)decreasesgradually，andthePLinstabilityhasbecomeanobstructiontothepractica

5、lapplicationofPS．AseriesoftechniqueswereadoptedinthisthesistOimprovethePLpropertiesofPS，andthePLintensityissignificantlyenhanced．ThisthesisinvestigatestheeffectofdifferentactivitylowenergyionirradiationonPLofPS．Inthecaseofargonionirradiation，PLisfirstlyq

6、uenchedafterargonionirradiation,thenrecoveredasthepost-irradiatedPSstoredinairandreachesamaximumwhichisstilllowerthanthatofas-etchedPS；thePLquenchingisduetothedefectscreatedbyionirradiation，whereasthePLrecoveryoriginatesfromtheoxidationofSi．Hbackbondsand

7、theformationofradiativerecombinationcenters．Inthec．aseofnitrogenionirradiation，theSi-NbondsformedonthesurfaceofPSandhelptoobtainhi【ghPLintensity．Asforoxygenionirradiation,theSi—Hbondsareoxidizedbyoxygenions，andalayerofnonstoishiometricSiOx(1

8、aceisformed．ThechangeofPLisdifferentwithargonionsornitrogenionirradiation．ThischangeisattributednonstoishiometricSiOx．tooxygendefectsinthelayerofPLpropertiesofpost-irradiatedPSareinfluencedsignificantlybydifferentenvironme