声空化物理化学综合法制备发光多孔硅薄膜的微结构与发光特性.pdf

第54卷第1期2005年1月 物 理学报 1000．．329012005／54(01)／0416．．06 ACTAPHYSICASINICA ⑥2005 Chin．Phys．Soc． 声空化物理化学综合法制备 发光多孑L硅薄膜的微结构与发光特性* 刘小兵1’2’ 史向华1’2’ 廖太长4’5’ 任 鹏6’ 柳 胡2’ 柳 毅2’ 熊祖洪3’ 丁训民2’ 侯晓远2’ ”(长沙理工大学物理与电子科学系，长沙410077) 2’(复旦大学应用表面物理国家重点实验室，上海200433) ”(西南师范大学物理系，重庆400715) 4’(湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室，长沙410082) (长沙理工大学计算机与通信工程学院，长沙410076) ”(长沙理工大学期刊中心，长沙410076) (2004年3月4日收到；2004年4月9日收到修改稿) 声空化所引发的特殊的物理、化学环境为制备高效发光的多孔硅薄膜提供了一条重要的途径．实验结果表明， 声化学处理对于改善多孔硅的微结构，提高发光效率和发光稳定性都是一项非常有效的技术．超声波加强阳极电 化学腐蚀制备发光多孔硅薄膜，比目前通用的常规方法制备的样品显示出更优良的性质．这种超声的化学效应源 于声空化，即腐蚀液中气泡的形成、生长和急剧崩溃，在多孑L硅的腐蚀过程中，孔中的氢气泡，由于超声波的作用增 加了逸出比率和塌缩，有利于孔沿垂直方向的腐蚀． 关键词：声空化方法，微结构，发光特性，多孔硅 PACC：7830，7855，8104，8160，8265 光多孑L硅的方法．然而，硅氟化物和氢气气泡的自然 1．引 言 扩散速度仍很慢．因此，发现一种能够促进多孔硅孔 内的硅氟化物和孔内外的HF扩散速度加快，将会 多孔硅是一种易于制备且成本低的纳米发光材 极大地改善腐蚀环境与条件． 料，在光电子领域有潜在的应用前景．因此引起了科 在制备纳米材料的过程中，声化学的应用有很 学家浓厚兴趣与关注，国内外有一些研究小组正在 大的新进展，超声的化学效应源于声空化，即腐蚀液 坚持不懈地进行研究和探索u-6J．制备多孔硅薄膜中的气泡的形成、生长和急剧崩溃．这些气泡的突然 的方法有许多种，而采用最多的是直流电化学腐 崩溃会产生局部热点，它是通过塌缩气泡气相中的 蚀∽’8|，脉冲电化学腐蚀的方法主要由Hou小组所采绝热压缩或冲击波所导致的结果u2’13J．有一些文献 用∽’10J．在电化学腐蚀过程中，反应产物——硅的氟 报道u4’15|，实验测定热点中的瞬态温度约为5000K， 化物易于沉积于孑L洞的前端和底部．由于界面间的 张力作用，氢气气泡被吸附在纳米硅柱的柱表面上， 气泡塌缩过程中所产生的特殊条件用于制备多孔硅 硅的氟化物易于堵塞孔洞，从而使孔中的氢氟酸 薄膜得到了非常理想的效果． (HF)浓度降低，腐蚀速度随之减慢．同时，溶解的物 多孔硅孔洞中HF溶液中的声化学过程发生在 质将会增加硅单晶片的阻力，从而减少腐蚀流密度， 三个不同的区域，第一个区域：气相区，即崩溃气泡 引起腐蚀速度下降．脉冲电化学腐蚀的方法实际上 的内部环境，具有极高的温度和压力，是加速HF酸 是一种间歇性的阳极腐蚀法¨“，这种方法的优点是 溶液向多孔硅的孔洞内扩散的源泉；第二个区域：空 在间歇期内使腐蚀产物从孔中扩散输运出来，从而