電化學(xué)腐蝕多孔硅光致發(fā)光特性研究.pdf

1、自1990年Canham發(fā)現(xiàn)多孔硅(PS)室溫下發(fā)射可見光的現(xiàn)象，人們對(duì)多孔硅引起足夠重視。多孔硅具有獨(dú)特的物理微結(jié)構(gòu)和顯著的量子限制效應(yīng)，以及與現(xiàn)有Si工藝兼容。多孔硅光致發(fā)光的發(fā)現(xiàn)意味著全硅基光電集成的可能，具有極其重要工業(yè)應(yīng)用潛力。目前，人們對(duì)多孔硅的形成機(jī)理、發(fā)光現(xiàn)象以及在技術(shù)上應(yīng)用的可能性做了很多有意義的工作。經(jīng)過陽極氧化處理后得到的多孔硅能發(fā)射較強(qiáng)的近紅外、可見和近紫外光，而人們最關(guān)注的仍然是多孔硅在整個(gè)可見光波段的發(fā)光。我

2、們實(shí)驗(yàn)中采用直流電化學(xué)腐蝕的方法在不同腐蝕條件下制備了多孔硅樣品，研究了其結(jié)構(gòu)和可見光波段的發(fā)光特性。 利用熒光分光光度計(jì)測(cè)試了樣品的光致發(fā)光(PL)特性。用掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)研究了多孔硅的表面形貌。利用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)測(cè)試了PS內(nèi)部的化學(xué)成鍵情況。 在其它腐蝕條件不變的情況下，改變腐蝕電流密度。SEM觀察到，電流密度較小時(shí)，腐蝕初期形成的凹坑數(shù)較少，相鄰孔之間的孔壁較厚，即硅

3、線較粗。隨著氧化電流密度增加，相鄰孔之間的孔壁變薄，硅晶粒線度變小。AFM圖觀察到在多孔硅的表面存在明顯的類似“小山狀”的硅柱，頂部較尖。隨著腐蝕電流的增加，孔洞分布密度變稠，這表明更多的Si被腐蝕掉。PL譜測(cè)試表明，在可見光波段，我們的樣品存在3個(gè)發(fā)光峰，即360nm，380nm和470nm。380nm的發(fā)光來自于PS的表面態(tài)中空穴電子復(fù)合。360nm處的發(fā)光被認(rèn)為與PS表面氧化而形成的SiO2有關(guān)。470nm處的發(fā)光與陽極腐蝕脫落碳

4、與Si反應(yīng)形成的SiC有關(guān)。電流密度的改變并沒有引起380nm處峰位的藍(lán)移或者紅移。FTIR譜測(cè)試存在3個(gè)明顯的吸收峰位，它們分別位于610cm-1、734cm-1和1110cm-1。610cm-1的吸收峰來自于多孔硅中的Si-Si伸縮振動(dòng)峰，734cm-1的紅外吸收峰歸因于Si-C的振動(dòng)(Si1-xCx，x＜0.5)，1110cm-1的吸收峰由于多孔硅表面氧化形成的SiO2中的Si-O-Si反對(duì)稱伸展振動(dòng)模式。腐蝕電流密度過大，腐蝕液

5、會(huì)列si表面形成一種拋光作用，在我們的實(shí)驗(yàn)中得到的最佳腐蝕電流密度為50mA/cm2。 當(dāng)腐蝕液的濃度和腐蝕電流密度不變，改變腐蝕時(shí)間。從AFM形貌圖可以看出，多孔硅的孔隙率增加，從而造成表面態(tài)的增加，380nm處的紫峰峰強(qiáng)度隨腐蝕時(shí)間的延長明顯增強(qiáng)。繼續(xù)增大腐蝕時(shí)間，多孔硅表面出現(xiàn)拋光現(xiàn)象。從我們的實(shí)驗(yàn)得出，當(dāng)腐蝕電流為50mA/cm2時(shí)，最佳的腐蝕時(shí)間是30min。 在一定的條件下腐蝕得到PS，隨著放置時(shí)間的增加，表