一维硅纳米材料的光学特性

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1、万方数据35卷第1期人3-．晶体学报vd．35No，】!!堕堡!旦』Q!!些垒!!!!兰墅坚!里!!!!望!!些!!!!!!垡!!!堑一维硅纳米材料的光学特性裴立宅，唐元洪，郭池，张勇，陈扬文(湖南大学材料科学与工程学院，长沙410082)摘要：硅纳米线与硅纳米管是两种重要的一维硅纳米材料，由于具有量子限制效应等性能在光电子器件方面具有潜在的应用前景。总结了近年来硅纳米线在光学特性方面的研究进展，重点介绍了本征硅纳米线、掺杂硅纳米线及硅纳米线阵列的光致发光光谱(PL)的最新进展情况，同时涉及了硅纳米管在PL发射光谱方面的研究结果。并对其发展作了展

2、望关键词：硅纳米线；硅纳米管；光学特性；光致发光特性中图分类号：TN305．3；TN304．1文献标识码：A文章编号：1000-985X(2006)ol-00364)5OpticalPropertiesofOne-dimensionalSiliconNanomateriaisPE，Li-zhai，TANGYuan—b昭，GUOChi，ZHANGyo昭，CHENk昭-wen(CoHegeofMaterialsScienceandEn#neering，HunanUnivers奸，Changsha410082，chim)(Received28aprU2

3、005)Abstract：Siliconnanowiresandsiliconnanotubesaletwokindsofimportantone—dimensionalsiliconnanomaterialsexhibitingapotentialapplicationprospectintheoptoeleetronicfieldowingtothequantumconfinementeffect．Therecentstudies011theopticalpropertiesofsiliconnanowiresmainlyincludingt

4、hephotoluminescence(PL)spectraofintrinsicnanowires，dopedsiliconnanowiresandsiliconnanowiresarrayalereviewedindetailin山ispaper．Inaddition．theresearchdevelopmentofsiliconnanotubesfSiNTs)OilPLspectraandthedevelopmentdirectionarealSOintroducedanddiscussed．Keywords：siliconnanowire

5、s；siliconnanotubes；opticalproperties；photoluminescenee1引言半导体纳米材料是电子、信息和通讯工业的基材，在国民经济中占有重要地位。一维半导体材料具有与体材料截然不同的特殊性质，当材料的直径与其德布罗意波长相当时，导带与价带进一步分裂，能隙将随直径的减小而增大，量子限制效应、非定域量子相于效应及非线性光学效应等都会表现的越来越明显，可望为新一代的光电子器件的基材。由于微电子器件中应用最广泛的半导体材料硅是间接带隙半导体，其导带底和价带顶位于k空间的不同位置，间接带隙跃迁发光为了满足动量守恒条件，

6、需要声子的参加，因此，这种二级过程发生的几率很小。此外，硅的禁带宽度较窄，能隙很小(T=OK时，E。=1．17eV；T=300K时，E。=1．14eV)，发光效率很低”j，不能应用于光电器件，而一维硅纳米材料本身就是硅材料，很容易与现有硅技术兼容，研究表明其具有较好的光致发光(PL)等光学特性，在一维硅纳米光电器件等方面具有很好的应用前收藕日期：20054)4-28基金项目：教育部博士点基金资助项目(No20040532014)作者筒介：裴立宅(1977．)，男，河北省人，博士研究生。E-mail：lzpeil977@163COrn通讯作者：唐元

7、洪，E-mail：汕tang@hnu．cn万方数据整!塑蕉童室量!二堡蕉塑鲞盟整盟堂堂壁丝!!景”】。本文重点评述了近年来国内外对硅纳米线的PL特性的研究，另外，也简要评论了模板法制备出来的硅纳米管在PL发射光谱等光学特性的最颠研究进展，并对其发展作了展望。2硅纳米线的PL特性在低维硅结构中，硅的能带结构会发生重大变化，由间接带隙变为直接带隙半导体，且能隙增大。低维结构出现量子限制效应时其PL光谱表现为谱线的蓝移和强度的明显增强。多孔硅和硅纳米晶的PL研究表明”t41量子限制效应在硅低维结构中的光致发光中起着关键作用。硅纳米线具有较好的PL性能，

8、此性能主要由其纳米尺寸所决定”1。下面就从近年来国内外对本征、掺杂硅纳米线及硅纳米线阵列三个方面来评论硅纳米线的PL特性的研究进展情况。