專利名稱：電致發(fā)光多孔硅材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電致發(fā)光多孔硅及其制備方法，屬于電致發(fā)光多孔硅材料技術(shù)。
背景技術(shù)：
多孔硅為硅基納米發(fā)光材料，由于具有與現(xiàn)有硅芯片集成容易、研制成本低、發(fā)射光均勻、多色等優(yōu)點而廣泛地被國內(nèi)外科學(xué)家研究，并已成為20世紀90年代以來硅基納米發(fā)光材料的主要代表。
傳統(tǒng)方法制備的多孔硅結(jié)構(gòu)為普通的多孔柱狀疏松結(jié)構(gòu)。制備出這種具有普通結(jié)構(gòu)且具備可見光發(fā)射性能多孔硅的方法主要有以下幾種1)電化學(xué)陽極氧化法。如1990年L.T.Canham首先以硅片為原料，采用電化學(xué)方法制備出了在綠色激光輻照下能夠發(fā)出紅光的多孔硅，參見L.T.Canham，Appl.Phys.Lett.，57，1046(1990)，以及美國專利No.5348618和中國專利CN 1142875A。2)光化學(xué)腐蝕法。在光的作用下，浸泡在氫氟酸水溶液(或氫氟酸乙醇溶液)中的單晶硅可以與氫氟酸反應(yīng)，適當條件下可以得到發(fā)射可見光的多孔硅，參見王曉靜，李清山，王佐臣，發(fā)光學(xué)報，24，203(2003)。3)化學(xué)腐蝕法。將硅片浸入氫氟酸和氧化劑的混合溶液中，室溫下對硅片進行腐蝕，可以在單晶硅表面形成多孔硅薄膜，參見王曉靜，李清山，王佐臣，發(fā)光學(xué)報，24，203(2003)。但是，在這種普通多孔硅的多孔疏松結(jié)構(gòu)上沉積電極用于電致發(fā)光器件卻無法獲得較高的發(fā)光效率。當電流由頂層的透明電極流入后，因為硅的半導(dǎo)體性質(zhì)，電阻較大，因此電流必然選擇電阻較小的通路，則電流將通過多孔硅的底端進入硅襯底，最后通過金屬背電極流走。即，在這種情況下，電流并沒有通過整個多孔硅結(jié)構(gòu)，則參與發(fā)光的多孔硅僅僅是底端的部分，所占整個多孔硅結(jié)構(gòu)的比例很小。這種結(jié)構(gòu)的電致發(fā)光器件，其外部量子效率僅為0.1％，最大也僅達0.4％，參見英國專利No.GB2268333B和中國專利CN 1185234A。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電致發(fā)光多孔硅及其制備方法，電致發(fā)光多孔硅發(fā)光效率高，制備方法簡單。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實現(xiàn)的，一種電致發(fā)光多孔硅材料，其特征在于由硅基底層，在硅基底層一側(cè)的上方為多孔硅層，多孔硅層之上為平均直徑為200-500納米、高度為2-10微米的硅線層構(gòu)成。
上述的電致發(fā)光多孔硅材料的制備方法，其特征在于包括以下過程1，以任何規(guī)格的p型或n型單晶硅片為原料，依次用去離子水、丙酮和無水乙醇清洗干凈，并選擇一面作為刻蝕面，另一面貼上塑料膠帶。將洗凈的硅片置于1.0-3.0mol/L氫氟酸和0.01-0.05mol/L硝酸銀的水溶液在常壓下加熱至40-60℃，保溫30-60分鐘進行化學(xué)刻蝕。取出已被刻蝕的硅片，在9-17％的稀硝酸中浸泡3-7天，備用。
2，將第1步處理的單晶硅片在9-17％的稀硝酸中浸泡后再在去離子水中浸泡5-10分鐘后取出晾干。然后將此硅片背面的塑料膠帶去除，以化學(xué)刻蝕面作為陽極置于電解槽中，并加入氫氟酸，乙醇和去離子水按照體積比為1∶1-10∶1-10混合的電解液進行電化學(xué)刻蝕。電化學(xué)刻蝕時的電流密度控制在20-80mA/cm2，刻蝕時間為20-60分鐘。刻蝕完畢后，取出硅片在無水乙醇中浸泡5-10分鐘后晾干即獲得具有硅線結(jié)構(gòu)的電致發(fā)光多孔硅。
本發(fā)明的優(yōu)點在于制備出的多孔硅材料在多孔硅層上部形成硅線層，在用于電致發(fā)光時，當電流從頂層的透明電極流入后，因為硅線的存在，電流將全部通過硅線流入多孔硅，則使多孔硅能夠充分參與發(fā)光，從而具有較現(xiàn)有電致發(fā)光多孔硅更高效的發(fā)光能力。


圖1現(xiàn)有的由硅基層與多孔硅層構(gòu)成的電致發(fā)光多孔硅材料結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2本發(fā)明制備的電致發(fā)光多孔硅材料結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為硅基底層，2為多孔硅層，3為硅線層。
具體實施例方式實施例1采用p型、硼摻雜、電阻率為10-12Ωcm、晶面指數(shù)為(100)、2mm厚、1×1cm2的單晶硅片作原料。依次用去離子水、丙酮、無水乙醇清洗，烘干后將一面貼上膠帶。配制刻蝕液3.0mol/L氫氟酸和0.01mol/L硝酸銀20ml，在常壓下加熱至50℃后，置入上述硅片，保溫60分鐘。隨后在10％稀硝酸中浸泡4天，取出晾干后將膠帶去除，以被刻蝕的一面置于電解槽的陽極，陰極為石墨電極。選用氫氟酸6ml、乙醇9ml、去離子水12ml(體積比)為刻蝕液，以電流密度80mA/cm2刻蝕20分鐘后獲得具有硅線結(jié)構(gòu)的電致發(fā)光多孔硅。硅線平均直徑235nm，平均高度8.5μm。
實施例2采用p型、硼摻雜、電阻率為10-12Ωcm、晶面指數(shù)為(100)、2mm厚、1×1cm2的單晶硅片作原料。依次用去離子水、丙酮、無水乙醇清洗，烘干后將一面貼上膠帶。配制刻蝕液3.0mol/L氫氟酸和0.01mol/L硝酸銀20ml，在常壓下加熱至60℃后，置入上述硅片，保溫60分鐘。隨后在10％稀硝酸中浸泡4天，取出晾干后將膠帶去除，以被刻蝕的一面置于電解槽的陽極，陰極為石墨電極。選用氫氟酸1ml、乙醇10ml、去離子水10ml(體積比)為刻蝕液，依次以電流密度30mA/cm2刻蝕30分鐘和20mA/cm2刻蝕30分鐘后獲得具有硅線結(jié)構(gòu)的電致發(fā)光多孔硅。
實施例3采用p型、硼摻雜、電阻率為10-12Ωcm、晶面指數(shù)為(110)、2mm厚、1×1cm2的單晶硅片作原料。依次用去離子水、丙酮、無水乙醇清洗，烘干后將一面貼上膠帶。配制刻蝕液1.5mol/L氫氟酸和0.01mol/L硝酸銀20ml，在常壓下加熱至40℃后，置入上述硅片，保溫60分鐘。隨后在10％稀硝酸中浸泡4天，取出晾干后將膠帶去除，以被刻蝕的一面置于電解槽的陽極，陰極為石墨電極。選用氫氟酸6ml、乙醇9ml、去離子水12ml(體積比)為刻蝕液，依次以電流密度30mA/cm2刻蝕30分鐘和20mA/cm2刻蝕30分鐘后獲得具有硅線結(jié)構(gòu)的電致發(fā)光多孔硅。
實施例4采用p型、硼摻雜、電阻率為10-12Ωcm、晶面指數(shù)為(110)、2mm厚、1×lcm2的單晶硅片作原料。依次用去離子水、丙酮、無水乙醇清洗，烘干后將一面貼上膠帶。配制刻蝕液1.0mol/L氫氟酸和0.05mol/L硝酸銀20ml，在常壓下加熱至50℃后，置入上述硅片，保溫30分鐘。隨后在10％稀硝酸中浸泡4天，取出晾干后將膠帶去除，以被刻蝕的一面置于電解槽的陽極，陰極為石墨電極。選用氫氟酸6ml、乙醇9ml、去離子水12ml(體積比)為刻蝕液，依次以電流密度30mA/cm2刻蝕30分鐘和20mA/cm2刻蝕30分鐘后獲得具有硅線結(jié)構(gòu)的電致發(fā)光多孔硅。
權(quán)利要求
1.一種電致發(fā)光多孔硅材料，其特征在于由硅基底層，在硅基底層一側(cè)的上方為多孔硅層，多孔硅層之上為平均直徑為200-500納米、長度為2-10微米的硅線層構(gòu)成。
2.一種按權(quán)利要求1所述的電致發(fā)光多孔硅材料的制備方法，其特征在于包括以下過程1)以任何規(guī)格的p型或n型單晶硅片為原料，依次用去離子水、丙酮和無水乙醇清洗干凈，并選擇一面作為刻蝕面，另一面貼上塑料膠帶，將洗凈的硅片置于1.0-3.0mol/L氫氟酸和0.01-0.05mol/L硝酸銀的水溶液在常壓下加熱至40-60℃，保溫30-60分鐘進行化學(xué)刻蝕，然后取出已被刻蝕的硅片，在9-17％的稀硝酸中浸泡3-7天，備用；2)將第1)步處理的單晶硅片在9-17％稀硝酸中浸泡后再在去離子水中浸泡5-10分鐘后取出晾干，然后將此硅片背面的塑料膠帶去除，以化學(xué)刻蝕面作為陽極置于電解槽中，并加入氫氟酸，乙醇和水按照體積比為1∶1-10∶1-10混合的電解液進行電化學(xué)刻蝕，電化學(xué)刻蝕時的電流密度控制在20-80mA/cm2，刻蝕時間為20-60分鐘，刻蝕完畢后，取出硅片在無水乙醇中浸泡5-10分鐘后晾干即獲得具有硅線結(jié)構(gòu)的電致發(fā)光多孔硅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電致發(fā)光多孔硅及其制備方法，屬于電致發(fā)光多孔硅材料技術(shù)。所述的電致發(fā)光多孔硅材料由硅基底層，在硅基底層一側(cè)的上方為多孔硅層，多孔硅層之上為平均直徑為200－500納米、長度為2－10微米的硅線層構(gòu)成。其制備方法過程包括將經(jīng)過清洗的硅片置入由氫氟酸和硝酸銀的水溶液中進行化學(xué)刻蝕，刻蝕后的硅片再置于氫氟酸、乙醇的水溶液中進行電化學(xué)刻蝕制得電致發(fā)光多孔硅材料。本發(fā)明的優(yōu)點在于制備過程簡單，所制得的電致發(fā)光多孔硅材料在多孔硅層上部形成硅線層，從而具有較現(xiàn)有電致發(fā)光多孔硅更高效的發(fā)光能力。
文檔編號C09K11/59GK1805160SQ20051001631
公開日2006年7月19日 申請日期2005年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23日
發(fā)明者杜希文, 魯穎煒, 孫景, 李競強 申請人:天津大學(xué)