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1990年,英国科学家L.T.Canham关于室温下多孔硅光致发光的报道立即在世界范围内引发了一股多孔硅的研究热潮。这主要是因为这种材料的发现为全硅光电集成带来了巨大的希望,迎合硅基半导体技术发展的迫切需要。目前多孔硅的制备普遍采用电化学阳极腐蚀方法。但是,经过了十多年的发展,该方法制备的多孔硅发光稳定性还不能得到很好解决。此外,受电流分布的限制,使用该方法还无法制备大面积及任意形状的多孔硅。1996年,中国科技大学首次将水热腐蚀法用于多孔硅的制备,使多孔硅发光稳定性大大提高,大面积制备的问题也迎刃而解。因此作为更为实用的方法引起人们极大的兴趣。鉴于水热腐蚀法制备的多孔硅的性能依赖于硅的特性、腐蚀液种类、腐蚀时间和温度等多种因素,许多问题仍有待于深入的研究。本文中,我们使用水热腐蚀法制备了一系列铁钝化多孔硅(Iron passivated porous silicon,IPS),研究其光致发光(Photoluminescence,PL)和光电导性质,并探讨其内在的机制。 首先,我们研究了水热腐蚀工艺对铁钝化多孔硅的PL谱的影响。使用荧光分光光度计测量了不同Fe(NO3)3浓度、不同腐蚀时间以及相同制备工艺下的铁钝化多孔硅的光致发光谱,并结合Islam-Kumar模型分析纳米硅发光单元的尺寸分布。结果表明:腐蚀进入到稳定阶段后,纳米硅的平均尺寸表现为在一确定范围内的振荡分布;所以PL谱的分布范围及谱形虽然较为相近,但并不随腐蚀时间增加而定向移动;即使是相同制备工艺的多孔硅,其PL谱也并不重复性,PL谱峰位介于1.92~2.04eV之间。扫描电子显微镜及傅立利红外变换光谱仪检测的结果表明:多孔硅的SEM形貌不随腐蚀工艺的改变而呈明显的规律性变化,也与PL谱也无明显联系;多孔硅的PL谱峰能量越高,Si—Si键吸收减弱、Si—O键吸收增强。 此外,我们还考察了铁钝化多孔硅的PL谱在250nm紫外光照下的稳定性以及PL谱峰能量与激发光波长的之间的关系。随着紫外光照时间的增加,PL谱峰红移,辐照120min后,红移0.01~0.02eV;PL谱的强度可能减弱,也可能增强,变化±10%,傅立叶红外光谱仪检测的结果显示PL谱强度增强的样品在2310cm-1位置有Si—O—H键对应的吸收。随着激发光波长从240nm增加到370nm,PL谱峰先红移再蓝移,拐点波长主要位于330~350nm。