赵毅[1]2003年在《多孔硅与有机材料复合光电特性研究》文中认为在硅基上实现场致发光是实现全硅集成电路的基础，然而由于硅的间接能带结构所带来的在光致发光(PL)和电致发光(EL)方面十分低下的量子效率(＜10~(-4)‰)以及窄小的能带隙(1.1eV)所产生的近红外区域光发射，硅材料在光电器件方面的应用十分有限。1990年，英国科学家Canham意外的发现硅在氢氟酸溶液中电解腐蚀后，在室温下可以光致发光，这马上引起了世界各国学者的广泛注意，从而掀起了一场研究多孔硅发光的热潮。在1992年第一个多孔硅基的发光二极管的出现更使人们对多孔硅发光的应用前景感到乐观，也为光电子的全硅集成带来希望。 本文在综述多孔硅的制备和多孔硅基复合体系发光特性研究进展的基础上，通过光致发光谱，I-V曲线，红外光谱等先进的测试方法对多孔硅／有机复合体系进行了系统的研究，提出了一种新的p-n结结构，多孔硅／有机异质p-n结。同时研究了在不同气氛下的快速热处理(RTP)对多孔硅发光特性的影响。这些研究为制备性能良好的多孔硅基发光器件奠定了基础。 实验研究了多孔硅与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合后的光致发光特性。用化学腐蚀的方法制备了多孔硅，通过不同的方法实现了多孔硅与PMMA的复合。实验结果表明，用旋涂法实现的PMMA固化后再与多孔硅复合而制得的样品的结果最好，它与原始的多孔硅样品相比发光峰发生了蓝移而且发光强度下降很小，我们认为PMMA层有限的厚度和PMMA对多孔硅表面的保护使复合后发光强度下降很小，而且制备的多孔硅／PMMA复合体系的发光强度几乎不随时间而下降。 实验研究了多孔硅／多孔氧化铝与有机发光材料(DBO-PPV，PVK,Alq3)复合后的光电特性。研究发现，多孔硅／PVK复合体系的PL谱兼具有多孔硅和PVK的发光峰，同时在485nm的位置出现了一个新的峰，同时，采用不同的激发波长可以获得不同的PL谱峰型，这可以从多孔硅和PVK的激发谱中得到解释。多孔氧化铝和PVK复合后，PVK发光峰的位置有大幅度的蓝移，没有产生新的发光峰，这是由于多孔氧化铝纳米孔量子限制效益引起的。I-V特性研究发现，多孔硅(p型和n型)与PVK复合后，很大程度上改善了其I-V特性，尤其在n浙江大学硕士学位论文 赵毅2003年5用型的多孔硅中更为明显。同时，p型多孔硅与Alq3复合后可以得到相似的结果。所以，PVK和 A冲都可以用来作为多孔硅基发光二极管的接触材料。多孔硅与DBO－PPV复合后，使多孔硅的一个发光峰发生蓝移。多孔氧化铝／DBO干PV复合体系的PL谱出现了四个峰，多孔氧化铝的峰位置没有发生改变，DBO－PPV的叁个峰发生了90urn的蓝移。这是由于多孔氧化铝的纳米结构很好地吸附了m－PPV分子，并阻止它的聚集。而多孔氧化铝只起到了量于限制作用，与m干PV之间没有发生了能量和载流子的转移。这一结果确认了多孔硅的跃迁过程主要是由量子限制效应决定，复合过程受表面态影响。从而可以对介孔复合体系的发光特性做出预测，为体系的设计和制备提供依据：同时，为PPV的发光器件提供了一个新的衬底和电极。 实验还研究了快速热处理（RTP）对多孔硅发光特性的影响。结果表面，在不同的气氛中（N》 O） Ar，空气）中 RTP处理后，均可得到多孔硅的蓝光发射，而且具有很好的重复性。在其他文献报道中，用同样类型的硅片制备的多孔硅，却没有发现这一现象，这说明要实现多孔硅的蓝光发射的要求是很苛刻的。多孔硅的材料的类型，制备过程，测试PL谱的激发波长等都有可能导致不能得到多孔硅的蓝光发射。在RTP后多孔硅样品经HF处理后的红外光谱中还可以看出，多孔硅的蓝光发射并不一定需要硅的氧化物的存在。
李华军[2]2012年在《Au纳米粒子LSPR调节硅基纳米复合结构的光电特性研究》文中研究指明采用金属纳米结构的局域表面等离激元共振特性（LSPR）可以实现半导体纳米复合结构表面光子的高效吸收，从而可以实现金属与半导体介质界面电子的SPR有效激发来增强半导体的光电响应性能。基于以上原理，本论文提出“Au纳米粒子LSPR调节硅基纳米复合复合结构的光电特性研究”这一课题，来研究金属纳米粒子的SPR特性对于半导体光电器件的光电转换增益特性的增强作用。本论文的研究内容包括：金纳米粒子LSPR调节硅（多孔硅）表面光电导特性，金纳米粒子LSPR调节硅基/ZnO薄膜复合结构的光电导特性，金纳米粒子LSPR调节SiC的光电导特性。我们将对比Au纳米粒子修饰Au/Si-多孔硅-ZnO/Au复合异质Schottky二极管光电导结构与Au纳米粒子修饰Au/Si-ZnO/Au复合异质Schottky二极管光电导结构光电导特性的差异；讨论多孔硅层的存在对于以上器件的作用，分析金属纳米粒子的LSPR特性对于以上半导体纳米复合结构的光电转换增益特性的增强作用的影响。最终，得出如下结论：对于Si、ZnO纳米线薄膜和SiC样品，金纳米粒子形成的等离子激元确实能增加对可见光的吸收，从而增强其光电响应特性。由于退火温度的限制，对于多孔硅样品很难通过表面金属纳米粒子的修饰来增强其光电响应特性；这可能是由于多孔硅样品表面氧化层的高阻特性所导致的。本论文为研究基于金属纳米粒子局域表面等离激元共振增强光电转换原理的新型光电转换器件打下基础。
刘楠[3]2008年在《硅/有机半导体复合光电材料与器件的研究》文中认为硅基光电子材料是未来信息科技发展的关键材料,但由于硅是一种间接带隙的材料,本体发光效率极低,导致硅基光电子集成难以实现.为了改善硅材料本身的发光性能,国内外已经进行了许多研究,其中硅/有机半导体复合发光也是一个重要的研究方向,但目前进展甚微。有机半导体材料具有易加工低成本和能高效发光等优点,实施硅材料与有机半导体材料的复合,则有望克服硅材料的上述缺点,实现硅基光电集成;同时对硅/有机半导体复合体系中可能存在的能量转移、电子转移等作用过程进行系统研究,可以发现一些新现象、新结构,丰富相关理论。因而,对硅/有机半导体复合材料与器件的研究具有重要的科学意义和应用前景。本文首先综述了硅/有机半导体复合光电材料与器件的研究进展,然后以电化学腐蚀法制备多孔硅(PS),PS的扫描电镜表征结果表明,随着电化学腐蚀时间的延长,多孔硅的孔径变大;通过电化学沉积的方法制备PS/N,N'-苯基-3,4,9,10-花四羧基二酰亚胺(DPP)复合材料,PS/DPP复合材料研究结果表明,随着PS孔径的增大,DPP更容易进入孔内与PS接触,形成更大的两相界面;PL谱结果表明,复合后PS和DPP的PL都有一定程度的淬灭,而表面光电压谱(SPS)结果表明,复合后体系SPS响应增强,这说明在PS/DPP复合材料中,光生载流子的电荷分离效率得到提高;电化学腐蚀时间为60 min的PS与DPP复合后,体系的SPS响应增强幅度最大(从51μv增加到100μV),这是由于该复合体系有较大的两相界面。以萘钠为还原剂,与SiCl_4进行反应,在溶液中合成了表面链接辛氧基的可溶性纳米硅,并使之与聚乙烯基咔唑(PVK)进行复合,PL谱和紫外-可见光(UV-vis)吸收光谱研究结果表明,纳米硅的UV-vis吸收光谱和PVK的PL谱有较大重迭,可能导致两者之间的福斯特共振能量转移(FRET),通过光谱重迭计算得到FRET的福斯特临界距离(R_0)为51(?);PL谱和激发(PLE)谱结果表明,在纳米硅/PVK复合材料中,PVK的PL强度随纳米硅含量的增加而减弱,以明显红移于PVK的吸收边的激发光(415 nm)激发复合薄膜所得到的PL强度,弱于PVK和纳米硅同时被激发所得到的PL强度,同时PLE谱结果显示,纳米硅的PL除了来自自身被激发而发光的贡献外,还有来自PVK的激发贡献,表明了在该复合体系中存在从PVK到纳米硅的能量转移;时间分辨PL谱结果表明,复合后PVK的荧光寿命随着纳米硅含量的增加而变短,而纳米硅的荧光寿命则随着它的含量的增加而延长,通过荧光衰减动力学计算得到的R_0为47(?)。这与通过光谱重迭计算得到的结果接近;通过计算得到了从PVK到纳米硅FRET的效率(最高为0.42)和速率(最大为11.10×10~7s~(-1))。以N-十二烷基-N'-苯基-苝酰亚胺(DOPP)与纳米硅复合,PL谱显示,复合后纳米硅有较大的荧光淬灭,由于DOPP的UV-vis吸收光谱和纳米硅PL谱有一定重迭,提出荧光淬灭有可能是从纳米硅到DOPP的FRET过程所致;通过计算估算出DOPP浓度为10%的复合材料中,FRET过程只对22.4%的纳米硅荧光淬灭有贡献,但是纳米硅的荧光淬灭高达78%,据此提出还有其他的机理来支配荧光淬灭;循环伏安测试结果表明,DOPP和纳米硅具有能级交错结构,因此提出存在于两者之间的电子转移可能会主导纳米硅的荧光淬灭;时间分辨PL谱结果表明,复合后纳米硅的荧光寿命得到延长,这进一步说明电子转移是荧光淬灭的主导原因;电子转移也导致了体系光敏性的大幅提高,复合后体系的光敏性最多可提高近4倍。以p型单晶硅为阳极,可增强有机电致发光器件(OLEDs)的空穴注入,但是这也导致了器件电子(少子)、空穴(多子)注入的不平衡,以往的研究思路多是采用压制空穴注入(如在硅阳极长出一层SiO_2)的方式,来实现电子、空穴平衡注入;我们采用叁(5-氟-8-羟基喹啉)铝作为电子传输材料来制备硅基/有机复合发光器件,研究结果表明,与常用电子传输材料-叁(-8-羟基喹啉)铝(Alq_3)相比,5FAlq_3可以有效提高器件电子注入,这样就在一定程度上改善了硅基/有机复合发光器件电子、空穴注入不平衡的状况,但是由于5FAlq_3的荧光量子效率较低,并且经5FAlq_3改善后的电子注入仍不足以与器件空穴注入相匹配,导致器件发光性能与效率仍未提高;为此,在器件中引入空穴阻挡材料——1,10-邻菲罗林衍生物(BCP),实现了器件发光层(Alq_3)与电子传输层(5FAlq_3)的功能分离,结果器件的效率得到了较大提高(功率效率由0.117 lm/W提高到0.426 lm/W);引入BCP后,器件在硅阳极电阻率为1Ωcm时得到最大功率效率,这也说明此时器件的电子、空穴注入最为平衡。
周成瑶[4]2004年在《多孔硅基有机复合体系光电特性研究》文中指出硅材料是现代大规模集成电路的基础，是微电子学领域中最重要且应用最广泛的一种材料。但由于硅属于窄禁带、间接带隙材料，故其发光性能差、发光效率低，无法应用于光电器件。因此，这限制硅材料在光电子学领域中的应用。1990年Canham发现了多孔硅的光致发光，随后多孔硅的电致发光也被发现，这为制造低成本、高性能的硅基光电器件开辟了一条新的途径。多孔硅的研究目前正受到科技界的普通关注。 本文在综述目前多孔硅研究中多孔硅的形成理论、电致发光的基础上，从发光多孔硅的制备出发，着重研究了多孔硅／有机物复合体系的光电性能。 我们的研究发现HF酸浓度、反应时间和电流密度的变化强烈影响P型发光多孔硅形貌和光学性能。这主要是由于扩散电流和热电离电流的竞争，造成多孔硅形貌的多样性和孔隙度的变化。 用旋涂法实现了多孔硅与PVK的复合，实验结果表明，热处理去除了多孔硅中的水分和有机溶剂，从而提高了复合体系的发光强度；而且当热处理温度不超过120℃，随着热处理温度的升高多孔硅与PVK的接触更为紧密，从而器件的整流效应增大。同时，多孔硅PVK复合体系在555 nm处发现了电致发光峰。用旋涂法还实现了MEH-PPV与多孔硅的复合，发现MEH-PPV的吸收谱和多孔硅的PL谱有重合，多孔硅发出的光可能会被MEH-PPV吸收。多孔硅上复合MEH-PPV后，发光强度得到提高。同时，由于复合结构中产生由多孔硅向MEH-PPV的能量转移，使得复合结构中MEH-PPV的发光峰红移。 分别使用旋涂法和蒸镀法实现了8—羟基喹啉铝(Alq)与多孔硅的复合。旋涂复合和蒸镀复合构成的PS／Alq结构具有不同的发光机理：旋涂复合时发生了多孔硅的载流子转移，而蒸镀复合的发光主要是Alq引发的。 最后，对多孔硅与Alq，PVK多层结构复合以及多孔硅与Alq和PVK的混合物复合的光电性能进行了初步的研究。发现多孔硅表面复合多层有机物后，可能由于多孔硅和Alq载流子传输的速度相差较大，导致器件的电致发光没有得到明显的改善。多孔硅表面复合Alq和PVK的混合物后，复合物的光致发光以Alq的发光为主，发光强度有较大的提高。
姚志涛[5]2007年在《基于Si-NPA的ZnO复合体系光电性质研究》文中研究指明多孔硅具有制备工艺简单、发光效率高、后处理与传统硅平面工艺兼容等优点，是目前最好的硅发光材料，在各种硅光电子器件和光电子集成电路(OEIC)等方面具有诱人的应用前景。通过对多孔硅发展历史的深入调研，我们发现，传统电化学腐蚀法制备的多孔硅中一些基本物理性质，例如多孔硅骨架中纳米晶的分布、量子限域对其光电性能的影响、载流子传输过程等，这些问题没有得到很好解决，很多观点还彼此相互矛盾。而搞清楚它们却是改善多孔硅的稳定性和提高硅基LED、光电探测器等光电子器件性能的基础。本文以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底，采用化学气相沉积(CVD)法生长了ZnO薄膜，通过对比分析Si-NPA和ZnO／Si-NPA的微观结构、光学性能、电学性能，对Si-NPA的发光性能、肖特基接触结构的载流子传输过程以及其表面阵列结构对ZnO薄膜生长的模板作用等进行了深入讨论，得到如下主要结果：1．Si-NPA的微观结构和载流子传输过程水热腐蚀方法制备的Si-NPA具有叁重层次结构，即微米尺度的硅柱组成的规则阵列结构、硅柱的纳米多孔结构以及组成孔壁的硅纳米晶粒。其中，硅纳米晶呈现零维量子点状特征，在TEM图像上显示出了很高的面密度。利用硅纳米晶的化学活性和纳米孔的模板作用，我们在400℃条件下制备了一种Au纳米线和纳米晶粒组成的复合结构体系。对Ag／Si-NPA／Si／Ag二极管结构的电流-电压关系及其与温度关系的测试结果表明，载流子传输过程主要由量子隧穿电流和热电子电流两种机制决定，在高偏压区域，前者发挥主要作用，而在低偏压区域，后者发挥了主要作用。2．ZnO／Si-NPA核壳结构的光学性能以Si-NPA为衬底、用化学气相沉积法制备了具有规则阵列结构特征的ZnO／Si-NPA纳米复合体系。实验结果显示，组成ZnO／Si-NPA阵列的每个柱子均呈现核壳结构。不同于衬底Si-NPA的红光和蓝光发射，ZnO／Si-NPA在紫外光区和蓝绿光区呈现出两个强的宽发光峰。分析表明，紫外光发射应归因于ZnO晶体的带边激子跃迁；而蓝绿光发射则来自于ZnO晶体本征缺陷所形成的两类深能级复合中心上载流子的辐射跃迁。3．Zno多晶薄膜的电学性能采用化学气相沉积在Si-NPA衬底上生长了一种多晶氧化锌薄膜。研究表明，如此制备的氧化锌薄膜由平均尺寸为～10μm的氧化锌晶粒紧密堆砌而成。四电极法测量出ZnO／Si-NPA的面电阻率为～8.9Ω·cm。对ZnO／Si-NPA纵向Ⅰ-Ⅴ曲线的实验测量和理论分析表明，ZnO／Si-NPA异质结中载流子的传输过程有两种机制：在较高的电压区域由热电子发射机制主导，而在较低的电压区域由量子隧穿机制主导。
张焕云[6]2007年在《Ni/Si-NPA的制备及其电学特性研究》文中进行了进一步梳理本文以水热腐蚀技术制备的具有规则表面形貌和结构的硅纳米孔柱阵列(Silicon Nanoporous Pillar Array，Si-NPA)为衬底，利用其表明活性通过浸渍沉积技术并调控溶液中Ni~(2+)浓度、溶液的pH值、采用具有不同表面氧化状况的Si-NPA衬底及改变沉积时间等条件，制备了具有不同图案化结构的镍／硅纳米孔柱阵列纳米复合体系。系统研究了Ni~(2+)浓度、溶液pH、Si-NPA表面氧化状况、沉积时间、退火温度等制备条件对所制备样品的表面形貌和结构的影响。分析了其形成机理，并对比研究了样品退火前后的电学特性。取得了如下研究结果：1．新鲜Si-NPA在不同浸渍溶液中的沉积。把新鲜Si-NPA分别置入碱性NiSO_4溶液、碱性NiSO_4-NH_4F溶液中浸渍沉积得到样品。测试结果发现Si-NPA在碱性NiSO_4溶液中沉积后，虽然其表面有镍沉积，但表面硅柱在沉积过程中被严重腐蚀，制备不出具有图案化阵列结构镍／硅纳米复合体系；与此相反Si-NPA在碱性NiSO_4-NH_4F溶液中沉积后，样品表面很好的保留了衬底的阵列结构特征且经过EDS测试也表明在其表面有镍的沉积。综合以上我们决定选用碱性NiSO_4-NH_4F溶液作为制备样品的浸渍溶液。2．通过调控碱性NiSO_4-NH_4F溶液中的Ni~(2+)浓度、pH及采用不同氧化状况的衬底、改变沉积时间等条件，进一步优化制备具有图案化结构特征的镍／硅纳米复合体系的条件。分析表明，(1)Ni~(2+)浓度对Ni／Si-NPA表面形貌和结构有很大的影响：高的Ni~(2+)浓度下制备的Ni／Si-NPA能够保持Si-NPA衬底的规则阵列结构特征；而低的Ni~(2+)浓度下制备的Ni／Si-NPA其衬底规则的阵列结构几乎完全被破坏；(2)溶液的pH对Ni／Si-NPA的表面形貌和结构也有很大的影响：pH=6时，硅柱溶解不同于碱性溶液柱体中上部分溶解速率大于柱体中下部分，而是硅柱整体溶解，整个硅柱变细；(3)老化的Si-NPA衬底上制备的Ni／Si-NPA，随着老化时间的增加柱体溶解的速率就越大，所制备出的Ni／Si-NPA不具有理想的图案化阵列结构特征。通过以上比较得出了较理想的Ni~(2+)浓度、溶液的pH值、新鲜Si-NPA等制备条件。然后研究了在此条件下，浸渍时间对制各样品表面形貌和结构的影响。3．把2中的优化条件下制备的Ni／Si-NPA纳米复合体系，放置到管式炉中分别加热到400℃、600℃、800℃退火处理2个小时。退火后，样品在微米层次上基本上保持退火前样品表面的规则阵列排布形式。随着退火温度的升高，样品表面的化学组成发生了很大的变化：温度低于600℃时，样品表面只是颗粒尺寸的增大，而组成物质没有变化；当温度不小于600℃时，样品表面的组成物质从镍颗粒变为氧化镍颗粒。4．研究了Ni／Si-NPA／Si复合结构的I-V和C-V曲线，通过比较发现I-V测试所得的势垒高度要大于C-V测试的势垒高度，并分析了原因。通过研究低温下不同工作温度对Ni／Si-NPA／Si复合结构中理想因子的影响，发现随着温度的降低理想因子逐渐增大；测试了它在空气中放置时间对其电学性能的影响，发现几次测试的I-V曲线几乎完全重合，说明样品的放置时间对其电学特性影响不是很大。5．对Ni／Si-NPA在高纯氮气氛下退火的样品进行了I-V测试，发现其电流-电压关系满足肖特基结的I-V关系，通过拟合得出其理想因子的大小，且随着退火处理的温度升高，复合结构的理想因子逐渐减小。
钟福如[7]2012年在《纳米多孔硅光子器件的研究》文中认为多孔硅薄膜是一种海绵状的有着巨大比表面积的多孔材料。鉴于这种材料同时具有造价低廉、生物兼容性好并且能和现有集成电路工艺完全兼容等特点，多孔硅从20世纪90年代以来作为一种优质的传感器材料受到人们广泛的关注。本文主要对多孔硅的制备工艺进行改进，在此基础上就基于SOI多孔硅光学生物传感器的结构设计、生物检测实验技术进行了系统、深入的研究。同时对多孔硅复合光致发光材料的制备工艺、结构表征、光致发光特性及其机理进行了系统的研究。主要研究内容和结论包括：（1）多孔硅的制备工艺改进:研究了导电液浓度对多孔硅形貌的影响，发现在双槽腐蚀时，其他参数不变的条件下导电液浓度的恰当选择有利于得到更为理想的多孔硅；通过对传统的双槽腐蚀装置改进，使得我们可以采用电化学方法在绝缘体上硅（SOI）上制备多层多孔硅。（2）对化学气相沉积方法制备得到的ZnS/ZnO/PS复合体系材料的形貌、结构和光致发光特性进行了研究。实验发现ZnS/ZnO/PS复合体系材料呈现出较强的绿光发射，结合EDS、SEM、PL测试结果，发现复合体系中ZnS/ZnO有团聚现象，通过分析我们认为复合体系的绿光发射源自ZnO的深层缺陷、ZnS的俘获态发射以及缺陷中心共同作用的结果；对利用甩胶涂布方法制备得到的共轭有机聚合物PFP/PS复合膜的光致发光特性和I-V曲线进行了研究，实验发现PFP/PS复合膜具有稳定的有机材料发光特性，这种性质不同于普通二极管的整流特性。结合SEM和FTIR测试结果，分析认为共轭有机聚合物的嵌入会导致多孔硅自身发光的淬灭，从而突出了有机聚合物的发光。采用匀胶-凝胶法在多孔硅衬底上生长出的纳米氧化铝薄膜，制备的a-Al_2O_3纳米薄膜性能具有很好的光致发光效应，进而间接地证明了其热电子效应的存在。（3）多孔硅的Raman信号分析：采用拉曼光谱法分析了功能化前后多孔硅拉曼光谱强度和峰位的变化，发现氧化后拉曼散射强度变弱，一些硅氢键的特征峰消失了。分析认为氧化造成纳米晶体硅颗粒尺寸变大，多孔硅的孔壁由于覆盖了一层氧化硅从而影响了拉曼散射光谱的强度。对比采用双氧水的湿氧氧化，高温氧化的更彻底，在生物检测的应用中也更有利。（4）实验研究了基于一维多孔硅光子晶体的光学免疫检测技术：实验研究了基于SOI多孔硅单层和多层多孔硅的光学免疫检测技术，包括多孔硅Bragg反射镜和多孔硅微腔光子晶体等一维多孔硅光子晶体结构，结合SEM、FTIR测试，成功地在SOI多孔硅的孔洞中固定了抗体及抗原生物分子，并定量分析了检测灵敏度和检测极限。这对拓展多孔硅光子晶体生物传感器件的设计与制备具有一定的指导意义。
许海军[8]2005年在《硅纳米孔柱阵列及其硫化镉纳米复合体系的光学特性研究》文中研究指明对硅纳米材料及硅基纳米复合体系的构建技术、物理特性尤其是光电特性的研究具有重要的科学价值和实际意义。本论文首先对课题组采用水热技术制备出的、一种具有叁重层次结构的硅纳米/微米结构复合体系,即硅纳米孔柱阵列(Si-NPA),的光反射吸收、光致发光、介电特性、电子结构特征等物理性能进行了系统地详细研究;并通过微乳匀胶技术和原位多相化学反应技术实现了Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体硫化镉在Si-NPA上的位置选择性沉积,获得了四类具有不同结构特征的、大面积均匀的、规则的半导体异质结阵列体系(CdS/Si-NPA),并对它们的光学性能进行了讨论。对上述硅纳米材料与硅基纳米复合体系的物理性能研究与内在机制的探索,为它们在光电材料、发光二极管阵列以及太阳电池等领域的可能应用奠定了理论基础。主要研究内容包括以下两个部分: 1.Si-NPA的光致发光、反射吸收、光学常数等光学性能及电子结构特征的研究 采用高压水热腐蚀技术、以单晶硅为基材制备出一种大面积均整的、具有叁重层次结构的硅纳米/微米结构复合体系—硅纳米孔柱阵列(Silicon Nanoporous Pillar Array, Si-NPA)。首先借助于积分反射谱测量及有效介质近
崔巍[9]2016年在《基于纳米结构硅异质结光电化学电极的设计制备及界面调控》文中进行了进一步梳理在所有化学燃料中,通过分解水得到的氢气被普遍认为是一种理想的绿色清洁能源。自从1972年,Fujishima和Honda第一次利用半导体吸收太阳光催化分解水制氢以来,可以利用太阳能进行光电化学分解水的半导体受到人们的广泛关注。在这些半导体材料中,硅具有价格低廉、地球储量丰富、吸光范围广、载流子扩散距离长等优势,因此在光电极的制备中备受瞩目。然而硅做为分解水的光电极仍具有很多不足之处。第一,平面晶硅的表面反射率较高,不能充分的吸收入射光;第二,硅表面容易被氧化或腐蚀,会对光电化学电极的性能产生不良影响;第叁,作为水氧化反应发生的光阳极时,由于单结晶硅光电化学电极的电压较小,及析氧反应过电位较大,导致电极表面光电化学转化效率低下。本文以硅异质结光电化学电极为基础,针对电极中存在的缺陷,系统研究了硅/催化剂及硅/电解质溶液的界面形貌和界面修饰对器件性能的影响,深入讨论了光电极中硅的界面效应问题。并通过对硅表面形貌的改变,增强了光吸收;通过引入界面修饰层,钝化并保护了硅表面,减少了界面复合及腐蚀;通过对硅异质结的结构优化及界面调控,提高了硅的内建电势,获得了较高的硅耗尽层势垒高度,进而提升了光电化学电极的性能。主要工作包括:1.通过改变低温溶液蚀刻法的蚀刻时间,制备了不同长度的硅阵列。并利用五氯化磷溶液二次处理,调控了硅纳米线阵列的密度。制备了用于析氢的硅纳米线光电化学阴极,并对比了不同长度及密度的硅纳米线阵列对电极性能的影响。利用低功函聚合物析氢催化剂的修饰,降低了析氢反应的过电位,提高了硅的势垒高度,从而提升了光阴极的析氢性能。2.通过溶液旋涂法实现了硅-有机异质结的制备,钝化了硅表面。通过对硅纳米线长度及密度的调控,改善了硅-有机异质结的界面接触。并利用薄膜交联法,在进一步改善界面接触的同时,实现了对硅表面的钝化,大大减少了界面缺陷态数量,降低了载流子复合速率,从而使硅的少数载流子寿命提高了1.5倍以上。3.通过交联法制备了硅-有机异质结光电化学阳极,并获得了目前的记录光电压657 mV及光电转化效率>11%。利用紫外-可见吸收光谱、X射线光电子能谱、紫外光电子能谱等测试,将交联法制备的有机薄膜与传统经过溶液处理的薄膜进行了对比,分析了薄膜中因成分改变带来的功函数的变化及其对光电化学性能的影响。4.为了在电极上发生析氧反应,制备了金属-绝缘层-半导体结构硅基光电化学阳极,研究了各层厚度对电极性能的影响。又通过引入氧化钼和氧化镍分别作为空穴选择层及电子阻挡层,实现了硅表面的准p型掺杂,提高了硅耗尽层的势垒高度;此方法钝化了硅表面,降低了硅的漏电流,进而提高了光电化学电极的性能。5.利用铁电薄膜在硅基光电化学阳极形成了可调节界面偶极。通过X-射线衍射仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜等,对铁电薄膜的形貌进行了研究。制备了具有铁电薄膜的光阳极,并通过外加电场对薄膜内的偶极方向进行极化,达到了调控光电化学电极的光电压及起偏电位的目的。经过正向极化的电极,其光电压增长了约17%。本文中制备了较高性能的硅基光电化学电极,并通过改变晶硅的界面形貌及加入界面层等方法进一步提高了光电极性能,降低了光电极的制备成本。这些工作将对高性能光电化学电极的制备及其工业化生产起到一定的指导作用。
邱学军[10]2007年在《硅基功能薄膜与器件的研究》文中研究说明多孔硅由于其高的孔密度和大的比表面积，被认为是一种具有特殊用途的载体而广泛应用于各领域。本论文前部分工作主要研究了以多孔硅(PS)为衬底的磁性Fe膜在结构、表面形貌和磁性方面的一些特有性质，证明了磁性Fe膜的矫顽力在一定范围内可由PS衬底表面形貌的粗糙程度来自由调节，这在磁记录及磁存储领域具有重要的意义；本论文的后部分工作主要是在PS分布Bragg反射镜(PS-DBR)上制备硅基微腔的有机发光二极管，研究了有微腔的有机发光器件(MC-OLEDs)与常规硅基OLEDs在光学和电学性质上的不同，发现微腔器件电致发光(EL)的色纯性较之常规硅基OLEDs得到较大提高，且为单峰发射。相对于非微腔器件的EL谱，MC-OLEDs的EL谱在谐振波长处的强度也提高了很多。该MC-OLEDs的电流—亮度—电压(I-B-V)特性与常规OLEDs类似，其开启电压和所得亮度与常规OLEDs的也可比。本论文的主要工作如下：前部分工作：(1)采用阳极电化学腐蚀法制备多孔硅衬底；(2)通过磁控溅射法分别在多孔硅和单晶硅衬底上沉积一定厚度的铁膜；(3)分别用X射线衍射仪、扫描隧道显微镜和磁光科尔效应来研究样品的结构、表面形貌及其磁学性质，通过对比和理论分析得出预期的结论。后部分工作：(1)利用计算机控制的电化学脉冲腐蚀法制备硅基PS-DBR；(2)采用磁控溅射法在此硅基的PS-DBR结构上制备分离正、负电极的电隔离层SiO_2薄膜，之后换掩膜板用于制备ITO薄膜，此ITO膜也是随后将制备的有机发光器件的正电极；(3)在真空热蒸发系统里蒸镀有机多层功能薄膜和电子注入层以及半透明电极Ag膜；(4)对器件进行结构、光学和电学等方面的测试，通过对两种不同类型的器件进行比较来证明微腔OLEDs的优越性能。以上两项工作的成功对于硅基功能薄膜和发光器件的研究都具有重要的指导价值。
参考文献：
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[2]. Au纳米粒子LSPR调节硅基纳米复合结构的光电特性研究[D]. 李华军. 哈尔滨工业大学. 2012
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[8]. 硅纳米孔柱阵列及其硫化镉纳米复合体系的光学特性研究[D]. 许海军. 郑州大学. 2005
[9]. 基于纳米结构硅异质结光电化学电极的设计制备及界面调控[D]. 崔巍. 苏州大学. 2016
[10]. 硅基功能薄膜与器件的研究[D]. 邱学军. 西南大学. 2007
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