题目：多孔硅物理特性研究

　　自从Canham首次报道了多孔硅室温发光现象以来，对多孔硅的研究近年来成为大家关心的一个热门课题。大量文献报道了各类工艺研究、光致发光、电致发光特性及各类发光器件的研究工作，取得了令人嘱目的进展，但对多孔硅发光机理至今还是一个争论很激烈的未解决的问题。目前提出了许多种发光模型，这些发光模型虽然能解释一些实验结果，但都存在不足之处，因而寻找一种更为合理的物理模型对于多孔硅的发光机理和实际应用有着十分重要的意义。 　　本文我们做了两方面的工作： 　　一、在理论方面，考察了多孔硅发光的人量实验事实并分析了各模型所包含的合理因素，提出了一个新的发光模型，即简化三能态发光模型。该模型把多孔硅的纳米硅柱和纳米硅粒分为三层，从内到外依次为内层、过渡层、钝化层。多孔硅内层中的硅原子周围有四对共价键，其结构与体硅相同，量子限制效应使硅原子的禁带加宽，我们用E1表示内层硅原子的能态；过渡层结构远比内层复杂，如因晶格中失掉个别原子形成的“点缺陷”，晶格位错而形成的“面缺陷”，以及“悬挂键”、杂质等引起的“缺陷”等。所有这些“缺陷”的存在引起了过渡层中硅原子的周期性势场遭到破坏，使得过渡层中硅原子的能态低于内层，用E2表示过渡层的能态。同时多孔硅表面存在着一层钝化层，钝化层中的氧化物主要是（SiO）_X和SiO_2，用E3表示钝化层的能态，其能量由钝化成分决定。这样我们就用一个简化三能态系统来描述多孔硅三层结构的能量状态。 　　该简化三能态系统的发光过程是：光激发主要发生在纳米晶粒内层，然后，激发的电子-空穴对扩散到过渡层上复合发光，同时过渡层上的发光效率受到钝化成分的制约。接着用简化三能态发光模型解释了以往一些典型的实验，发现与实验结果符合的比较好。 　　二、在实验方面，研究了多孔硅的伏安特性和光致发光特性，得到了一些新的结果。 　　（1）在无光照条件下，测量了单晶硅和多孔硅的伏安特性，结果表明：刚开始时加压时，单晶硅的电流不随电压的增加而增加，当电压达到某一阈值后，电流随电压的增大而增大；对多孔硅来说，电压从0增至3V的过程中几乎没有电流通过。 　　（2）在不同光照条件下，测量了多孔硅的伏安特性，结果表明：如果激发光频率相同，则光强越强，电流越大；如果激发光光强相同，则频率越大，电流越大。 　　（3）在不同温度下，分别测试了多孔硅的伏安特性，结果表明：当温度从300K降至200K之间，电流迅速减弱；温度从200K降至140K之间，电流趋于平缓；当温度从140K降至10K之间，第一次发现电流稍有回升。 　　（4）在室温下，分别测试了经不同浓度的荧光素钠溶液浸泡后的多孔硅的光致发光谱，结果表明：刚开始时随荧光素钠溶液浓度的增大，光致发光强度逐渐减弱，当浓度达到一定值后，光致发光强度基本保持不变。 　　分析讨论实验结果，得到以下几个结论： 　　（1）同一衬底的多孔硅比单晶硅具有高的电阻率。 　　（2）多孔硅过渡层中存在大量的缺陷态，且缺陷态俘获载流子的能力随温度的降低而减弱。 　　（3）多孔硅吸附荧光素钠分子为物理吸附，吸附分子对多孔硅的发光机理没有影响。