【正文】 機理多孔硅的光致發(fā)光性能經(jīng)過十幾年的研究，其發(fā)光機理已提出了很多，但是沒有一種理論能夠解釋所有試驗現(xiàn)象。為大多數(shù)研究者所接受的發(fā)光機理[18]是以下六種：l、量子限制模型；氫化的非晶硅模型；表面氫化物模型；缺陷模型；硅酸鹽模型；表面態(tài)模型。這些模型都有其物理基礎，都能在某些場合證明理論的正確性。量子限制模型是第一個用來解釋多孔硅發(fā)光的模型。量子限制效應導致了多孔硅能隙的擴大并造成了與多孔硅空隙率有關(guān)的光致發(fā)光譜，它也可以用來解釋多孔硅中出現(xiàn)的可調(diào)制的光致發(fā)光現(xiàn)象；在進一步的化學腐蝕中出現(xiàn)的吸收帶和光譜的藍移也能用進一步減小多孔硅的尺寸來解釋。但是即使是在量子限制效應起作用的情況下，發(fā)光峰的波長也不是僅僅與尺寸有關(guān)。新鮮制備的高空隙率多孔硅不在空氣中時效時，其發(fā)光波長是在3ev處，一旦把多孔硅放在空氣中時效，發(fā)光峰就會移到2ev處。另外，在不能很好的區(qū)別擴展態(tài)和淺局域態(tài)的情況下，即使量子限制效應對多孔硅的發(fā)光扮演了重要的角色，但為了考慮表面效應，純量子限制效應模型也需要一些補充。氫鈍化非晶硅模型用來解釋多孔硅的發(fā)光特性是由于在陽極氧化過程中能生長出氫鈍化的非晶硅，它能在可見光波段發(fā)光?？烧{(diào)制的多孔硅光致發(fā)光現(xiàn)象可以由融硅效應和氫氧比的變化來說明；時間分辨的光致發(fā)光現(xiàn)象的研究也說明非晶硅材料具有的無序特性在結(jié)合動力學中扮演重要的角色。但是，在一些多孔硅結(jié)構(gòu)研究中發(fā)現(xiàn)，多孔硅中非晶硅的含量很少；當溫度從低溫向室溫轉(zhuǎn)變時，非晶硅有關(guān)的發(fā)光應會淬滅，但多孔硅的發(fā)光是增強的；最重要的是多孔硅的發(fā)光特性具有電子和振動的特性，這和晶體硅的特性很相似。很多證據(jù)表明多孔硅表面的氫原子在多孔硅的發(fā)光特性中扮演很重要的角色。當多孔硅在一定保護氣體下熱處理時，由于氫原子的解吸附造成多孔硅發(fā)光強度的急劇下降；另一方面，當多孔硅放入HF酸中時，由于氫原子的重新吸附使光致發(fā)光現(xiàn)象能夠恢復。但是在另外的研究中也發(fā)現(xiàn)，當大部分氫原子還在多孔硅的表面時，多孔硅的光致發(fā)光也可能淬滅，這是由于多孔硅表面懸掛鍵的出現(xiàn)而形成了非輻射衰竭中心；另一方面，當多孔硅表面的氫原子被氧原子取代后，多孔硅還表現(xiàn)出很好的發(fā)光特性。在缺陷模型中，可見的發(fā)光來自多孔硅外部載流子局域中心，即在多孔硅表面的硅原子和硅氧化物中的缺陷。然而，發(fā)光的納米晶硅顆?？梢詠碜院芏嗟胤剑⑶铱梢员粴湓踊蜓踉逾g化，所以相同的缺陷或雜質(zhì)不會總是存在的：在剛制備的多孔硅中由于硅氧化物的缺乏，缺陷對發(fā)光不起作用；另外，來自缺陷的發(fā)光很少受多孔硅結(jié)構(gòu)尺寸的影響，因而也就不能證實可調(diào)的多孔硅發(fā)光現(xiàn)象。硅酸鹽能在多孔硅形成過程中生成，而且它具有與多孔硅相似的發(fā)光特性因而被用來解釋多孔硅的發(fā)光性能。硅酸鹽具有紅色可見的光致發(fā)光譜，而且的紅外光譜也和時效多孔硅的相似。但是也有很多證據(jù)表明這個理論是有缺陷的，在剛制備的多孔硅中，不具有氧，多孔硅也能發(fā)光；另一方面，當多孔硅在800℃以上熱處理時，硅酸鹽應該已經(jīng)分解，但多孔硅還是能夠發(fā)光。多孔硅具有很大的比表面積，因而它也被用來解釋多孔硅的發(fā)光特性。在表面態(tài)模型中，吸收發(fā)生在量子限制結(jié)構(gòu)中，而發(fā)光現(xiàn)象則發(fā)生在局域表面態(tài)上。一個有層次的傳輸過程能夠用來解釋多孔硅不同的發(fā)光譜：由于光生載流子轉(zhuǎn)移進入表面態(tài)，因而不同的吸收和發(fā)射能量就能用這個模型來解釋；而不同的表面處理和外在影響造成的多孔硅發(fā)光譜的變化也能用這個理論來解釋，但是共振激發(fā)光致發(fā)光現(xiàn)象不能用這個表面效應模型來解釋，因為表面激子的波函數(shù)是延伸到很多硅原子上的而不是局域在某個地方的；而溫度依賴的少子壽命研究也表明載流子不是局域在原子尺寸的，而是存在于整個納米硅晶體中的，因而發(fā)光不是來自帶隙中的局域態(tài)而是外部的電子態(tài)；另外，極化光致發(fā)光譜的測試也指出光致發(fā)光現(xiàn)象具有外在電子態(tài)的特性。結(jié)束語多孔硅的在電學上的應用非常廣泛，如用作犧牲層、絕熱層、場發(fā)射陰極和氣濕敏材料等。由于其原料儲備大，制作工藝簡單，是一種很有潛力的材料。硅用作場發(fā)射陰極的材料，它的優(yōu)點是可以與控制電路集成在一起，體積小，重量輕；由于其孔隙率高、比表面積大等優(yōu)點，有利于它對氣體的吸收和感應，是一種較為理想的薄膜生長載體。多孔硅作為新興的結(jié)構(gòu)材料，需要研究的方面還很多，由于實驗條件的限制，在實驗過程中還有諸多不足。主要體現(xiàn)在對多孔硅膜厚、孔徑大小等微結(jié)構(gòu)還不能完成可控制備。但多孔硅具有已被人們所熟知的光致發(fā)光、電致發(fā)光等特性。它的這些特性決定了它在光電子方面、光學方面、能量轉(zhuǎn)換、微電子學和傳感器等方面具有巨大的應用前景。因此，多孔硅這種新興的結(jié)構(gòu)材料必將有極大的應用潛能。 參考文獻[1] Uhlir A J R. Electrolytic Shaping of Germanium and Silicon[J].The Bell Systrm Technical Jounal，1956，35:33347[2] Pickering C, Beale M I J, Bobbins D J, et studies of the structure of porous silicon films formed in ptype degenerate and nondegenerate silicon[J].Solid State Phys，1984, C17: 6535[3] Canham L T. Silicon quantum wire array fabrication by electrochenical and chemical dissolution of wafers[J].Applied Physics Letters，1990，57:10461048[4] Cullis A G，Canham L T，and Calcott P D structural and luminescence propertier of porous silicon[J].Journal of Applied Physics，1997，82: 909956[5] Beal M I J, Benjamin J M, Uren M J, et al.　An experimental and theoretical study of the formation and microstructure of porous silicon[J].J Gryst Growth, 1985, 73:622625 [6] Witten T A, L M Sander. Diffusionlimited aggregation[J].Phys Rev B, 1983，27: 56865679[7] Lehman V，Gosele U .Porous silicon formation:a quantum wire effct[J].Appl Phys Lett，1991，58(8):856858[8] 江濤. 多孔硅的制備、后處理和光學生物傳感器的研究[D].新疆大學，：1013[9] 任清褒. 多孔硅制備方法進展[J].麗水師范?？茖W校學報，1999, 21(5):1619[10] 陳乾旺，李新建，朱警生. 多孔硅研究的新進展[J].電子顯微學報，1997,16(4):493496[11] 李谷波. 獲得多孔硅藍綠光發(fā)射的新方法[J].四川工業(yè)學院學報，2000，19(2):132135[12] 蔡南科. 多孔硅微結(jié)構(gòu)與應用研究[D].浙江師范大學，:711[13] 0. Bisi， and .　Porous silicon:　a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics[J].Surface Science Reports，2000,38:14[14] 徐東升，郭國霖，桂琳琳等. 超臨界干燥和普通干燥法對多孔硅的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的影響[J].科學通報,1999，44(1):22722276[15] 虞獻文，陳燕艷，應桃開等. 多孔硅新的表面處理技術(shù)[J].半導體學報,2005，26 (2):406409[16] 虞獻文，朱榮錦，朱自強等. 多孔硅的干燥方法研究[J].半導體學報,2003,24(6):663665[17] 趙岳，蔣民華，楊德仁. 多孔硅的光電性能研究[D].浙江大學，：1821[18] 汪開源，唐潔影. 多孔硅發(fā)光機制的分析[J].固體電子學研究與進展，1994,14(4)：317322