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Au催化固—液—固生长Si纳米线的蓝光发射特性

作　者: 程旭
导　师: 彭英才
学　校: 河北大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: Si纳米线 Au催化固-液-固生长机制光致发光
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

Si纳米线作为一种新型的一维纳米材料,其光致发光（PL）特性使得它在Si基光电子器件领域中具有潜在的应用价值。本实验基于固-液-固（SLS）生长机制,利用高温退火方法和以Au作金属催化剂,在n-（111）单晶Si、多晶Si以及石英衬底上直接生长出了具有一定直径分布、长度可达数微米到数十微米的Si纳米线。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能量损失谱（EDS）对样品的表面形貌、化学组分进行了结构表征和分析,并利用FLS920荧光光谱仪对Si纳米线的PL特性进行了测量。结果发现,Si纳米线在400-480nm波长范围出现一个较宽的强蓝光发射带,其峰值位于420nm波长。在波长范围600-650nm之间出现了一个较窄的弱红光发射带,其峰值位于625nm波长。分析证实,强蓝光发射带源自于Si纳米线外壳层非晶氧化物SiO_x中的与氧相关的缺陷,如氧空位缺陷等。而弱红光发射带则起因于Si纳米线的芯部与非晶氧化物SiO_x壳层之间界面区域附近中的缺陷,如非桥键氧空位中心（NBOHC）或Si=O双键态等。实验对Si纳米线在1000℃温度下进行了表面热氧化,并实验研究了氧化处理对Si纳米线PL特性的影响。利用固态B源对Si纳米线在不同温度下进行了后扩散掺杂,并考察了掺杂温度和时间对Si纳米线的PL特性的影响。本实验还分别在多晶Si薄膜,SiO₂薄膜和石英等衬底上制备了Si纳米线,并研究了所生长Si纳米线的PL特性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章引言  9-15
  1.1 Si 纳米线发光特性的研究进展  9-11
  1.2 Si 纳米线光学特性研究的意义  11-13
    1.2.1 Si 纳米线在光电器件方面的应用  11-12
    1.2.2 Si 纳米线在太阳电池方面的应用  12-13
  1.3 本课题的研究内容  13-15
第2章实验方法与分析表征  15-19
  2.1 实验方法  15-17
    2.1.1 Si 纳米线的制备工艺  15-16
    2.1.2 Si 纳米线的生长条件  16-17
  2.2 Si 纳米线的分析表征方法  17-19
    2.2.1 α－台阶仪  17
    2.2.2 扫描电子显微镜  17
    2.2.3 X 射线能量损失谱  17
    2.2.4 X-射线单晶衍射仪  17-18
    2.2.5 荧光光谱仪  18-19
第3章 Si 纳米线的SLS 生长和PL 特性  19-28
  3.1 Si 纳米线的SLS 生长和结构表征  19-21
    3.1.1 Si 纳米线的SLS 生长  19-21
    3.1.2 Si 纳米线的形貌和成份表征  21
  3.2 本征Si 纳米线的PL 特性  21-23
  3.3 氧化处理对Si 纳米线PL 特性的影响  23
  3.4 硼掺杂对Si 纳米线发光特性的影响  23-26
    3.4.1 掺杂时间对Si 纳米线发光的影响  24
    3.4.2 掺杂温度对Si 纳米线发光的影响  24-25
    3.4.3 掺杂浓度对Si 纳米线发光的影响  25-26
  3.5 Al 催化SLS 生长Si 纳米线的PL 特性  26-27
  3.6 Si 纳米线的光反射特性  27-28
第4章不同衬底上生长Si 纳米线的PL 特性  28-35
  4.1 多晶Si 衬底上生长Si 纳米线的PL 特性  28-29
  4.2 Si0_2薄膜上生长Si 纳米线的PL 特性  29-31
  4.3 石英衬底上生长Si 纳米线的PL 特性  31-33
  4.4 不同衬底上生长Si 纳米线的PL 特性比较  33-35
第5章 Si 纳米线的发光机制分析  35-40
  5.1 Si 纳米线的结构组成  35-36
  5.2 Si 纳米线的量子限制效应发光  36-37
  5.3 Si 纳米线的缺陷发光  37-38
  5.4 Si 纳米线的量子限制效应-界面发光中心复合发光  38-40
第6章结束语  40-42
参考文献  42-46
致谢  46-47
硕士研究生在读期间发表的论文  47

Au催化固—液—固生长Si纳米线的蓝光发射特性

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