引言

本文采用電化學陽極氧化法在p型取向硅片上形成多孔結構。電化學蝕刻的多孔硅(PS)樣品在設定的時間間隔內暴露于HCl溶液，導致該材料的穩定和增強的發光。掃描電子顯微照片顯示了伴隨PS表面的HCl處理的深刻變化。通過幾何方法使用SEM圖像確定PS的孔隙率。有效介質近似方法揭示了折射率隨著孔隙率的增加而減小。當樣品陽極氧化時，電解液中含有HCl材料表面上Si-H基團的濃度有凈下降。在光致發光研究中觀察到在498 nm處的強可見發射峰，其相對于蝕刻參數的變化沒有明顯的偏移。

介紹

多孔硅(PS)由納米級尺寸的硅線和空隙的網絡組成，這些空隙是在恒定陽極氧化條件下在氫氟酸基電解質溶液中電化學蝕刻晶體硅晶片時形成的。孔隙率和厚度的精確控制允許定制多孔硅的光學性質，并為光電子技術中的大量應用打開了大門。

多孔硅由于其在可見光范圍內的室溫光致發光而引起了極大的關注。然而，關于多孔硅表面的光致發光有兩種不同的假說。第一個包括量子限制效應，這是由于分隔孔壁的窄晶體硅壁中的電荷載流子，第二個是由于作為源光發射的內壁中捕獲的發光表面物質的存在，第三個是由于表面限制的分子發射體即硅氧烷的存在。表面鈍化的作用對于確定多孔層的輻射效率非常重要。多孔硅結構具有良好的機械強度、化學穩定性和與現有硅技術的兼容性，因此具有廣泛的潛在應用領域，例如波導、1D光子晶體、化學傳感器、生物傳感器、光伏器件等。多孔硅的一些物理量如折射率、光致發光和電導率在暴露于化學物質時會發生劇烈變化。

本文對電化學陽極氧化納米晶多孔硅層的合成和表征進行了研究。還研究了鹽酸腐蝕后處理對多孔硅性能的影響。

結論

掃描電鏡和EDAX分析

圖2顯示了多孔硅樣品在不同蝕刻時間的掃描電子顯微圖像，其中電解質中的HCl含量。PS的掃描電子顯微照片顯示了由于陽極蝕刻產生的輪廓分明的孔，具有非常明顯的邊界。

多孔硅樣品由海綿狀網絡通道組成，這些通道支撐著遍布孔內表面的無數簇狀微觀突起。這種孔可以預期表現出量子限制效應，導致有效能隙的增加。掃描電子顯微照片顯示了伴隨PS表面的HCl處理的深刻變化。

圖3顯示了HCl處理的多孔硅的EDAX光譜。在光譜中，氯可能來自用于擴孔處理的HCl酸的殘留物。

對氯化多孔硅進行了光致發光(PL)研究，以了解表面鈍化對多孔硅的影響。發現用HCl處理能最有效地增強PL信號。圖8顯示了不同蝕刻時間的HCl處理的多孔硅樣品的PL光譜。發現所有樣品的發射峰都在約498 nm處。然而，可以看出，使用HCl蝕刻處理進行氯化時，PL發射強度急劇降低。室溫下可見光范圍內強PL光譜的出現可能歸因于納米硅中量子限制態之間的躍遷，這受到表面鍵的影響。

觀察到，當在沸騰的CCl4中處理多孔硅時，即使沒有明顯的氧化，材料表面上Si-H基團的濃度也有凈下降，并且在這種情況下，還發現光致發光強度有非常大的下降。

結論

通過在HF:乙醇溶液中電化學陽極腐蝕p型硅片制備了多孔硅樣品。將合成的PS樣品暴露于HCl溶液中不同的蝕刻時間。SEM研究證實了PS結構中硅納米晶體和網絡的存在。EDAX光譜顯示氯化物在強光致發光區域結合到PS表面。有效介質近似方法表明，多孔樣品的折射率隨著孔隙率的增大而減小。
?