多孔硅復(fù)合結(jié)構(gòu)傳感性能的研究.pdf

1、多孔硅(porous silicon，PS)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型硅基材料，具有與單晶硅材料大不相同的特性。多孔硅可在近紅外和可見(jiàn)，甚至在近紫外光區(qū)輻射強(qiáng)烈的熒光，使得它可用來(lái)制造發(fā)光器件，并可望能用來(lái)解決光電子集成電路的關(guān)鍵問(wèn)題，為制造帶有光源的大規(guī)模集成電路-光電集成方面開(kāi)辟新的途徑。 本體硅為間接禁帶半導(dǎo)體，且禁帶寬度比較窄(1.12eV)，在室溫下很難發(fā)可見(jiàn)光。多孔硅改變了本體硅的能帶結(jié)構(gòu)，使禁帶寬度變寬，并由間接能

2、帶隙向直接能帶隙轉(zhuǎn)變，并能實(shí)現(xiàn)室溫發(fā)光。本論文在綜述部分比較了幾種常規(guī)制備多孔硅的方法，概括了多孔硅的光致發(fā)光(photoluminescence,PL)和電致發(fā)光(electroluminescence,EL)特性，對(duì)目前比較流行的發(fā)光模型給出了定性的論述，詳細(xì)介紹了幾種常見(jiàn)的多孔硅傳感器的制備方法與敏感特性，并著重對(duì)氣敏、濕敏、生物分子多孔硅傳感器機(jī)理作了詳細(xì)介紹，論述了多孔硅傳感器的新動(dòng)向，展望了多孔硅的應(yīng)用前景。實(shí)驗(yàn)研究包括以下

3、幾個(gè)內(nèi)容： 1.對(duì)多孔硅進(jìn)行了硝酸氧化處理。將制成的多孔硅用HNO3(濃度為67％-69％)：H2O=1:5(體積比)浸泡，其發(fā)光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，增強(qiáng)程度與浸泡時(shí)間呈正相關(guān)關(guān)系。如果多孔硅樣品直接用濃度為67％-69％的HNO3氧化處理，會(huì)發(fā)現(xiàn)其橙紅色光致熒光消失，測(cè)定了多孔硅樣品經(jīng)硝酸氧化前后的熒光光譜(PL)和傅立葉紅外光譜(FTIR)，認(rèn)為隨著硝酸的氧化，有效地的鈍化了多孔硅表面的非輻射復(fù)合中心，熒光強(qiáng)度顯著增加。熒光強(qiáng)度隨

4、Si-O和Si-O-Si鍵的增加迅速增強(qiáng)，可能是由于氧與有懸掛鏈的表面硅原子結(jié)合，形成了部分Si/SiO2界面，使硅的表面態(tài)發(fā)生了變化，對(duì)熒光發(fā)射有增強(qiáng)作用。 2.研究了多孔硅進(jìn)行硝酸銀沉積處理。新制備的多孔硅浸泡在硝酸銀溶液中表面會(huì)析出銀顆粒，并對(duì)多孔硅的發(fā)光產(chǎn)生影響。如果浸泡時(shí)間較短，多孔硅的光致發(fā)光產(chǎn)生了增強(qiáng)作用，而浸泡時(shí)間較長(zhǎng)則導(dǎo)致熒光的猝滅。依據(jù)FTIR和X光電子能譜(XPS)的測(cè)試，本文認(rèn)為熒光增強(qiáng)是多孔硅被氧化形成

5、Si-O結(jié)構(gòu)所致，Si-O結(jié)構(gòu)起到了新的有效發(fā)光中心的作用，XPS譜顯示，銀已經(jīng)和硅的懸掛鍵成鍵，Ag-Si、Ag-Ag和Ag-O的存在應(yīng)該是造成發(fā)光強(qiáng)度減弱的主要原因，使之產(chǎn)生新的非輻射復(fù)合中心。 3.多孔硅測(cè)量尿素的研究。研究了新制備的并經(jīng)穩(wěn)定化處理的多孔硅對(duì)尿素溶液中尿素分子的吸附性。多孔硅頂層上蒸鍍厚度約2μm，直徑約為0.2cm的鋁層，形成縱向Al/PS/Si/Al結(jié)構(gòu)和橫向Al-PS-Al結(jié)構(gòu)。將這兩種不同結(jié)構(gòu)的多孔

6、硅經(jīng)過(guò)不同濃度的尿素溶液浸泡吸附20min后用去離子水浸泡5min，洗去其表面未被吸附的尿素，自然晾干得到吸附尿素后的Al/PS-urea/Si/Al縱向結(jié)構(gòu)和Al-PS-urea-Al橫向結(jié)構(gòu)。分別依次測(cè)量這兩種結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的lgI～V關(guān)系，同一濃度下，電壓越大，對(duì)應(yīng)的電流越大，而在同一電壓條件下，隨著尿素濃度的增大，電流值逐漸減小。結(jié)果表明，基于多孔硅的納米結(jié)構(gòu)可用來(lái)測(cè)量尿素濃度。 4.研究了多孔硅作為工作電極對(duì)抗壞血酸的檢測(cè)。

7、電化學(xué)陽(yáng)極腐蝕硅片形成多孔硅后，將電流源的正負(fù)極對(duì)換后再通以電流，利用F-和H+在電場(chǎng)中所受的庫(kù)侖力，把滯留在多孔硅內(nèi)部的F-拉向此時(shí)的陽(yáng)極(原來(lái)的陰極)同時(shí)又把H+拉向此時(shí)的陰極(原來(lái)的陽(yáng)極)，減弱了切斷電源后F-對(duì)硅片的繼續(xù)腐蝕作用，同時(shí)促使多孔硅表面的活性Si與H+化合生成穩(wěn)定的Si-H鍵，降低表面懸掛鍵的密度，促使多孔硅表面硅原子的穩(wěn)定，以達(dá)到鈍化多孔硅表面的目的。 將得到的多孔硅作為三電極體系的工作電極，Pt作輔助電極