多孔硅的微结构与发光特性研究3.pdfVIP

第 46 卷 第 8 期 1997 年 8 月 物 　理 　学 　报 Vol. 46 ,No. 8 ,August ,1997 ( ) 97/ 46 8 / 154309 ACTA PHYSICA SIN ICA 1997 Chin. Phys. Soc. 多孔硅的微结构与发光特性研究 刘小兵1) 　孙洁林2) 　袁 　帅 　廖良生 　何 　钧 　缪熙月 　范洪雷 徐 　磊2) 　李民乾2) 　侯晓远 ( 复旦大学应用表面物理国家重点实验室和李政道物理学综合实验室 ,上海　200433) 1) (长沙电力学院物理系 ,长沙　410077) 2) ( 中国科学院上海原子核研究所核分析中心,上海　201800) ( ) 1996 年 11 月 11 日收到 ( ) ( ) 　　利用原子力显微镜 AFM 和光致荧光 PL 光谱对一系列直流腐蚀和脉冲腐蚀的多孔硅的 微结构及发光特性进行了对比研究. 表面和侧面的 AFM 结果表明 ,多孔硅表面呈“小山”状 ,有 ( ) 许多小的、突出的硅颗粒. 在相同的腐蚀条件 等效 下 ,脉冲腐蚀的样品表面 Si 颗粒更加尖锐、 突出 ,侧面的线状结构更明显 ,多孔硅层更厚. 对应的 PL 谱 ,脉冲腐蚀的样品发光更强. 量子限 制效应的理论可以比较成功地解释这个结果. PACC : 6116 ; 8160 ; 7855 1 　引 言 [1 ] [2 ] 自从在多孔硅中观察到有效的室温光致荧光产生 和电致荧光发射 以来,人们从 不同的角度对多孔硅的荧光发射效率与其结构的关系 ,即发光机理进行了广泛的研究 , 比 较普遍的观点是认为发光的起因是量子限制效应. 但对于多孔硅发光现象的研究 , 目前还 存在一些相互矛盾的实验结果 ,关于它的发光机理也仍有争论. 因此 ,深入研究多孔硅的 微结构 ,对于揭示多孔硅的发光机理和形成机制有重要意义. 目前用于研究多孔硅微结构 ( ) 的手段很多 ,原子力显微镜 AFM 是其中较重要的一种手段. [3 ,4 ] ( ) Beal 等 曾利用透射电子显微镜 TEM 研究多孔硅的微结构. 他们发现 ,高掺杂硅 片生成的多孔硅 ,其孔隙垂直于衬底 ,呈芽状 ,而低掺杂硅片生成的多孔硅是由许多纳米 数量级的 Si 颗粒组成的海绵状结构. 这些不规则的“量子点”或“量子线”大大地增宽了多 孔硅的禁带宽度 ,使其达到了可见光范围 ,其尺寸在 2 —35 nm 之间[5 ,6 ] . ( ) ( ) 在本工作中我们利用 AFM 并结合光致荧光 PL 谱及傅里叶变换红外光谱 FTIR 研究了一系列脉冲腐蚀和直流腐蚀制备的多孔硅样品的微结构、发光特性及其相互关系. 通常制备多孔硅样品都是采用直流电化学腐蚀的方法 ,采用脉冲腐蚀制备多孔硅样品的 工作还不多见[7 ,8 ] . 经分析比较 ,我们发现脉冲腐蚀的多孔硅 ,Si 颗粒和 Si 柱在