论文摘要
1990年,英国科学家Canham首次观察到室温下多孔硅强的可见光致发光,并用量子限制效应进行了解释,使多孔硅迅速成为世界范围内的研究热点。硅是微电子学中应用最为广泛的材料,但由于硅是间接带隙半导体,禁带宽度窄,发光效率低,因而限制了它在光电子学领域中的应用。而多孔硅在室温下强的光致发光,为实现硅基光电子集成指明了令人振奋的前景。本文首先综述了近年来国内外在多孔硅及其复合结构制备及其应用方面的研究现状。主要评述了人们制备多孔硅的工艺和光学特性方面的研究成果。在此基础上,本文重点总结了笔者攻读硕士研究生期间,以“铈掺杂多孔硅的形貌和光致发光研究”为题所做的研究工作。对多孔硅进行掺杂,以其获得新的光学特性,首先需要制备出发光效率高,结构稳定的多孔硅。我们从制备多孔硅入手,通过调整制备多孔硅的电化学工艺参数（电解液浓度、电流密度和腐蚀时间）,使多孔硅样品的发光强度达到最大,并对其表面形貌采用原子力显微镜进行了表征。我们对多孔硅的发光机理进行了分析研究,认为光激发发生在纳米硅颗粒中,光生载流子弛豫到颗粒表面,在表面氧化层中表面态上辐射复合而发光。进一步通过实验证明,红光范围的发光与Si-O复合物有关,可能来源于与氧关联的缺陷中心。在硅中掺入稀土离子是探索高效硅基发光材料的途径之一,而多孔硅以具有大的表面积而成为最有前景的稀土掺杂基质。采用电化学掺杂方法把稀土铈离子掺入多孔硅孔洞中,原子力显微镜照片上显示多孔硅形貌有所变化。光致发光谱图上多孔硅原有的发光峰强度有所增强,而且还出现了新的发光峰。采用能量传递和稀土引入了新表面态对此进行了解释。我们认为由于Ce的掺入,在多孔硅禁带中引入新的表面态能级,在这些能级和多孔硅原有表面态能级间发生了能量传递而使得原有多孔硅发光增强,而光致发光谱中新的发光峰对应着Ce的掺杂引入了新的发光中心。