張　華， 李　蛟， 叢日敏

(山東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 山東淄博 255049)

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多孔硅的研究概況與應(yīng)用

張華， 李蛟， 叢日敏

(山東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 山東淄博 255049)

摘要：綜述了多孔硅材料的起源和發(fā)展，介紹了多孔硅的制備方法和發(fā)光機(jī)理，提出了多孔硅發(fā)光理論研究的發(fā)展方向和切入點(diǎn).另外，闡述了多孔硅表面修飾研究以及多孔硅作為新的功能材料在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究現(xiàn)狀，并對(duì)多孔硅在器件上的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行了分析，提出了多孔硅器件在應(yīng)用上可以廣泛借鑒晶體管結(jié)構(gòu)的設(shè)想.

關(guān)鍵詞：多孔硅； 功能材料； 綜述； 發(fā)光機(jī)理； 應(yīng)用器件

多孔硅具有納米硅原子簇為骨架的海綿狀結(jié)構(gòu)，最早在1956年被Uhlir在HF酸中電解拋光硅時(shí)發(fā)現(xiàn)[1]，但當(dāng)時(shí)并未引起重視，直到1990年英國皇家信號(hào)與雷達(dá)研究所的Canham[2]報(bào)道了他用電化學(xué)陽極腐蝕的方法在單晶硅片的表面制備的一種多孔狀物質(zhì).這種物質(zhì)在室溫下可在近紅外和可見光區(qū)有著較強(qiáng)的熒光發(fā)射，被稱做多孔硅(PS)，且很快就引起了世界各地眾多科技工作者對(duì)多孔硅的研究熱情.當(dāng)時(shí)正處在通訊技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)代，信息技術(shù)的發(fā)展嚴(yán)重依賴信息的存儲(chǔ)、處理速度和傳遞能力，這些能力基本都是構(gòu)建在硅基大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的基礎(chǔ)上的.傳統(tǒng)集成電路信息的傳遞主要依靠電信號(hào)，通過電流的通斷和電位的高低來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和邏輯判斷.人們認(rèn)為硅基光電集成技術(shù)的實(shí)現(xiàn)將會(huì)顯著提高信息的傳遞和處理速度以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)密度.但單晶硅本身能帶結(jié)構(gòu)為間接禁帶，無法實(shí)現(xiàn)有效的光子發(fā)射，被認(rèn)為是不能發(fā)光的材料，不適合光電集成.半導(dǎo)體發(fā)光器件需要采用GaAs、InP等Ⅲ-Ⅴ族化合物這些發(fā)光效率較高的直接帶隙半導(dǎo)體材料，但是這些材料的晶格常數(shù)以及膨脹系數(shù)等參數(shù)與單晶硅差異較大，集成工藝很難兼容.所以在同一塊硅片上集成電子器件和發(fā)光器件的任務(wù)就變得非常困難.在很多研究者看來，多孔硅的發(fā)現(xiàn)和它的光致發(fā)光現(xiàn)象打破了單晶硅難以實(shí)現(xiàn)高效率發(fā)光的禁錮，預(yù)示著用單晶硅制備發(fā)光器件進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全硅光電子集成成為可能[3].另一方面，許多從事材料理論研究的工作者則對(duì)多孔硅的形成和發(fā)光機(jī)制非常感興趣，認(rèn)為可能在理論研究和認(rèn)識(shí)上開拓一個(gè)新的領(lǐng)域.迄今為止，有關(guān)多孔硅的研究可以簡(jiǎn)單歸納為制備、發(fā)光和材料應(yīng)用三大方面.

1多孔硅的制備方法的研究

該領(lǐng)域主要包括多孔硅制備方法、條件與制備的多孔硅性質(zhì)之間的關(guān)系.迄今為止，常用到的制備多孔硅的方法主要有電化學(xué)陽極氧化法[4-5]和溶液氧化法兩類.在這兩類方法的基礎(chǔ)上許多工作者又具體拓展出了水熱腐蝕法[6]、原電池法[7]、光化學(xué)腐蝕法[8]等，此外染色腐蝕法[9]和電火花腐蝕法[10]也見諸報(bào)道.

1.1 電化學(xué)陽極氧化法

電化學(xué)陽極氧化法是較早被使用的多孔硅制備方法.該方法一般使用鉑電極為陰極，單面拋光的單晶硅片作為陽極，在HF-C2H5OH溶液中進(jìn)行電化學(xué)腐蝕.常見的有恒電流和恒電壓兩種模式.用來制備多孔硅的電解池類型分單槽和雙槽兩種.最早的單槽電解池如圖1(a)所示.

圖1 單槽電解池制備多孔硅示意圖

這種制備裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于硅的導(dǎo)電性差，造成腐蝕電流密度自液面向下迅速減小，形成的多孔硅孔隙度和均勻性都不好.為克服這些缺點(diǎn)，圖1(b)形式的電解槽被廣泛使用：將電解池的壁上開孔，硅片的外側(cè)面鍍鋁或涂抹鎵銦合金形成歐姆接觸，內(nèi)表面緊貼開孔處的外壁對(duì)池體產(chǎn)生密封，HF溶液液面高于壁上的孔.這種方法能使腐蝕電流均勻分布，制得厚度均勻的多孔硅，但是孔的面積無法做大，不能制備面積較大的多孔硅.

雙槽電腐蝕裝置很好的解決了上述問題(圖2).兩個(gè)Pt電極分別插入兩個(gè)電解池，中間用單晶硅片隔開，陽極端溶液為HF酸，陰極端可以填充電導(dǎo)性好的電解質(zhì)溶液.相對(duì)于單槽法，硅片無需鍍膜，且可以制備較大面積、厚度分布均勻的多孔硅.

圖2 雙槽電解池示意圖

電化學(xué)陽極氧化法制備多孔硅的腐蝕過程一般被認(rèn)為是一個(gè)空穴參與過程.實(shí)驗(yàn)證明，空穴在電化學(xué)陽極氧化的過程中起著至關(guān)重要的作用，N型硅必須要在光照的條件下才能形成多孔硅.光照為N型硅提供了額外的載流子，即電子空穴對(duì)，使得光照部位空穴濃度顯著提高，該電化學(xué)腐蝕過程才得以發(fā)生.

許多研究者系統(tǒng)的考察過溶液組成、配比、腐蝕電流、電壓等因素對(duì)制備的多孔硅特性的影響.一般溶液組成必須包含HF酸，報(bào)道中HF酸所占的體積比從30%到10%.許多研究者往往會(huì)在溶液體系中加入一定量的乙醇，它有利于多孔硅表面的氣體順利溢出，為多孔硅的形成提供一個(gè)良好的環(huán)境.中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所的范曉強(qiáng)，蔣勇[11]等做過多孔硅陣列形貌與制備條件之間關(guān)系的研究，認(rèn)為腐蝕液中的HF濃度會(huì)影響多孔硅陣列的表面及剖面形貌，添加劑十六烷基三甲基氯化銨的加入會(huì)使孔壁上刻蝕出小孔；隨著加入量的增加，小孔的孔徑減小，數(shù)量增加.另外，制備多孔硅時(shí)外加的腐蝕電流越大，得到的多孔硅孔壁就越薄.上海理工大學(xué)的莫瑞海和中國科學(xué)院微電子研究所的研究[12]表明恒電壓模式比恒電流模式更容易生成形貌均一、周期性良好的多孔硅.

(a)恒電流模式

(b)恒電壓模式圖3 恒電流和恒電壓模式制備的多孔硅截面SEM照片[16]

1.2 溶液氧化法

溶液氧化法是使用HF溶液與一定量的氧化劑按照一定的比例配成多孔硅腐蝕液，將硅片置入溶液中，氧化劑使硅原子氧化，HF則把處于氧化態(tài)的硅原子溶解下來，從而在表面形成多孔結(jié)構(gòu).后續(xù)發(fā)展的水熱腐蝕法和染色腐蝕等都是由該方法衍生出來的.例如，水熱腐蝕法是將硅片和配好的腐蝕溶液放入密閉的高壓反應(yīng)釜內(nèi)，控制釜體在一定的溫度下進(jìn)行腐蝕.但其本質(zhì)仍然是利用腐蝕液對(duì)硅片表面的聯(lián)合腐蝕作用完成的，區(qū)別僅僅在于高溫能提高腐蝕速度，而高壓則有利于空隙的形成和擴(kuò)大.所謂的染色腐蝕也是如此，它是使用氫氟酸和硝酸銨體積比1∶3配制的腐蝕液，雖然M.Schoisswhl等一些學(xué)者認(rèn)為染色腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕[13]，反應(yīng)過程中半導(dǎo)體表面存在陰極和陽極，但實(shí)際上自然界中的許多金屬材料在酸中的腐蝕過程其實(shí)都包含微區(qū)原電池腐蝕過程，因此而把這種染色腐蝕列入電化學(xué)腐蝕并不合適.

需要指出的是，溶液氧化法這一類的制備方法得到的多孔硅并非典型意義上的多孔硅，而是一種廣義上的多孔硅.典型的多孔硅就是通過電化學(xué)陽極氧化得到的，它能在紫外光的激發(fā)下發(fā)射較強(qiáng)的肉眼可見紅橙色的熒光，而溶液氧化法得到的多孔硅不能發(fā)射紅橙波段的熒光.它們僅僅在微觀形貌上是多孔海綿狀或者蜂窩狀的結(jié)構(gòu)，但不能發(fā)光或者僅在紫外區(qū)域發(fā)射僅僅能被儀器探測(cè)的非常微弱的熒光.

2多孔硅發(fā)光機(jī)理的研究

多孔硅的發(fā)光包括多孔硅原生發(fā)光的理論研究和表面修飾對(duì)多孔硅發(fā)光影響的研究.原生發(fā)光研究更為引人矚目，因?yàn)楣鑶尉Ь哂胁荒苡行Оl(fā)光的間接禁帶結(jié)構(gòu)，它的導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂不在同一波矢值處.根據(jù)動(dòng)量守恒的要求，電子在兩個(gè)位置間的躍遷必須伴隨著吸收或者發(fā)射一個(gè)聲子，即需要晶格振動(dòng)的參與.這個(gè)過程具有非常低的概率和長(zhǎng)達(dá)毫秒量級(jí)的壽命，俄歇過程、自由載流子的吸收等都有很大概率將能量傳遞給其它粒子，從而終止該躍遷過程.所以，傳統(tǒng)理論認(rèn)為，單晶硅不能發(fā)光.另外，室溫下單晶硅的禁帶寬度約為1.12eV，這個(gè)能量差的電子躍遷也只能發(fā)出1110nm的紅外光.而事實(shí)上，多孔硅通常發(fā)射熒光峰值在650nm左右，這些現(xiàn)象無法用單晶硅的能帶結(jié)構(gòu)來解釋.為解釋這一現(xiàn)象，許多可能的發(fā)光機(jī)理被提出與討論.

2.1 多孔硅的發(fā)光機(jī)理模型

多孔硅的發(fā)光機(jī)制中得到較為廣泛的認(rèn)可的有量子限制模型[14-15]以及結(jié)合量子限制模型的量子限制-發(fā)光中心模型.量子限制模型認(rèn)為，多孔硅是由許多納米量級(jí)的硅晶粒組成的無序體，納米量級(jí)的晶體結(jié)構(gòu)使得電子和空穴被限制在一個(gè)很小的空間范圍.根據(jù)量子力學(xué)的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，空間位置被限制的越小，動(dòng)量不確定量就延展的越大，所以電子的波矢就在空間上得到較寬的延展，使得本來是間接帶隙的硅單晶中電子與空穴直接復(fù)合的概率顯著增加，從而提高了發(fā)光效率.該理論在一定程度上解釋了為何多孔硅具有較高的發(fā)光效率，但是它仍然無法解釋為何室溫下禁帶寬度只有1.12eV的硅可以發(fā)射可見熒光.

Qin等[16]提出的量子限制-發(fā)光中心模型則較好的解釋了這個(gè)問題.量子限制-發(fā)光中心模型認(rèn)為多孔硅的發(fā)光來自于電子-空穴對(duì)的復(fù)合，電子-空穴對(duì)則來自于硅納米晶體內(nèi)部和包裹硅納米晶體的氧化表面.電子-空穴對(duì)被激發(fā)后會(huì)隧穿到晶體硅與氧化硅的界面，并在界面上的發(fā)光中心復(fù)合而發(fā)光.這個(gè)理論模型所說的發(fā)光中心是指晶界和表面處的缺陷能級(jí)與雜質(zhì)能級(jí)，這樣空穴電子對(duì)的復(fù)合能量就受發(fā)光中心的能級(jí)影響，而與單晶的能帶沒有直接關(guān)系了，可以不受禁帶寬度的制約.

可以看出，量子限制模型以及從量子限制模型發(fā)展出來的其它理論解釋都是基于單晶硅能帶模型的來進(jìn)行解釋的.實(shí)際上，單晶硅的能帶結(jié)構(gòu)是根據(jù)硅原子在空間點(diǎn)陣中的周期性排列，通過薛定諤方程式計(jì)算得到的.計(jì)算對(duì)象為描述晶格內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)——布拉赫波函數(shù)，該函數(shù)具有周期平移對(duì)稱性.但當(dāng)單晶硅表面被腐蝕形成多孔硅后，原本的周期性結(jié)構(gòu)已經(jīng)不再存在，描寫電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的布拉赫波函數(shù)也就因?yàn)橹芷谄揭茖?duì)稱性的消失而失效，因此多孔硅中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與單晶硅的能級(jí)結(jié)構(gòu)沒有必然的聯(lián)系.從這個(gè)角度出發(fā)，許多理論研究者完全摒棄掉單晶硅的能帶結(jié)構(gòu)，直接從原子之間成鍵的規(guī)律和原理來從頭構(gòu)建和計(jì)算多孔硅的相關(guān)參數(shù).類似這種思路的理論探討諸如Ohno等[17]的第一性原理贗勢(shì)方法對(duì)Si激子對(duì)量子光學(xué)性質(zhì)的研究，Proot[18]等使用原子軌道線性組合對(duì)硅晶粒和硅線電子結(jié)構(gòu)的描述，Buba等[19]基于第一性原理對(duì)Si量子線電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算等.

我們認(rèn)為可以從一個(gè)新的思路來認(rèn)識(shí)多孔硅的表面能級(jí)結(jié)構(gòu).可以建立一個(gè)二維周期有序的結(jié)構(gòu)模型，從模型中規(guī)則性的剔除一些格點(diǎn)，使用理論模擬計(jì)算的方式來計(jì)算這些格點(diǎn)的剔除對(duì)二維結(jié)構(gòu)電子波函數(shù)的影響；考察剔除格點(diǎn)的數(shù)目、分布方式、聚集類型等對(duì)電子運(yùn)動(dòng)函數(shù)的影響，可以得到多孔硅尺寸、孔隙度以及其他類型的缺陷對(duì)電子能級(jí)的影響，從而可以得到多孔硅的發(fā)光與微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián).由于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的高速發(fā)展，使用計(jì)算機(jī)陣列和與之相應(yīng)的軟件來建模計(jì)算已經(jīng)是相對(duì)容易的工作，這就為這種理論研究提供了研究突破的可能性.

2.2 多孔硅表面修飾與后處理

表面修飾可以有效的改變多孔硅的光學(xué)性能，如光致發(fā)光和離子吸附引起的熒光淬滅[20-21]，過渡金屬離子和稀土金屬離子較為常見的修飾材料.這類的修飾方法由Andsager[22]較早提出，他在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)用Cu2+，Ag+或Au3+離子修飾后的多孔硅熒光會(huì)猝滅，而Ni2+離子修飾后則熒光正常.潘麗坤，李海波[23]等研究了表面金屬化對(duì)多孔硅光特性的影響，發(fā)現(xiàn)銅和鈦的沉積由于在多孔硅表面形成銅和鈦的硅化物而引起的晶體場(chǎng)和電子傳輸變化能造成多孔硅的光吸收明顯紅移.

表面活性劑也有用作多孔硅表面的修飾，蘭燕娜，方靖淮[24]等使用油酸鈉溶液、溴代十六烷基吡啶溶液乳化劑、十二烷基硫酸鈉溶液和聚乙二醇辛基苯酸溶液對(duì)多孔硅進(jìn)行表面修飾，結(jié)果表明油酸鈉溶液、溴代十六烷基吡啶溶液和聚乙二醇辛基苯酸溶液修飾的多孔硅樣品發(fā)光減弱，十二烷基硫酸鈉溶液修飾的多孔硅樣品發(fā)光增強(qiáng).Lauerhaas等人[25]的研究則指出多孔硅熒光的增強(qiáng)或是減弱與所吸附的離子型溶液的偶極矩有關(guān)，多孔硅吸附大偶極矩分子后，表面形成無輻射通道，將加大無輻射躍遷的概率，從而降低多孔硅的發(fā)光強(qiáng)度.而有些吸附成分則可能增加表面輻射躍遷的概率，從而提高多孔硅的發(fā)光強(qiáng)度.

顯然，有關(guān)多孔硅表面修飾以及修飾所導(dǎo)致的熒光增強(qiáng)或者降低甚至淬滅等的研究隨意性非常強(qiáng)，尚未系統(tǒng)化、理論化且目前尚無規(guī)律性的結(jié)論.

3多孔硅的應(yīng)用研究

多孔硅較早的應(yīng)用研究主要集中在多孔硅的發(fā)光特性上，也是研究者們最初對(duì)多孔硅材料異常重視的緣由，即希望在硅基發(fā)光、光電集成、顯示這些領(lǐng)域得到突破.但經(jīng)過多年努力后，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，多孔硅作為一種光電集成材料在技術(shù)上還不成熟，實(shí)現(xiàn)起來成本比較高，且相比現(xiàn)有的LED等發(fā)光技術(shù)也沒有明顯的優(yōu)勢(shì)，在新的技術(shù)被拓展之前還有相當(dāng)大的難度.此后，研究者們逐漸把目光轉(zhuǎn)向多孔硅的多孔結(jié)構(gòu)，對(duì)它的疏松多孔、大比表面積等特性進(jìn)行合理的利用，開拓了多孔硅在模板[26-27]、傳感[28-31]和電池[32]、太陽能[33]等領(lǐng)域的運(yùn)用.另外，由于多孔硅的高活性，它可以作為一種含能材料來使用.1992年，美國德克薩斯大學(xué)Bard[34]的研究小組在研究多孔硅的化學(xué)發(fā)光特性時(shí)，發(fā)現(xiàn)了多孔硅復(fù)合含能材料的爆炸性能.Lazarouk等[35]人的研究表明，多孔硅與氧化劑相互作用的過程中，厚度小于臨界值時(shí)表現(xiàn)為快速氧化和燃燒現(xiàn)象，而厚度層高于臨界值時(shí)，由于熱量無法迅速散失，導(dǎo)致局部驟熱而發(fā)生爆炸.Clement等[36]的研究表明，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)制多孔硅與氧化劑的配比，這種復(fù)合含能材料能夠達(dá)到2倍的TNT當(dāng)量.Plessis[37-38]使用三維模型計(jì)算了多孔硅比表面積與孔徑的關(guān)系，從理論上得到了多孔硅與氧化劑復(fù)合材料釋放能量時(shí)存在最佳孔徑.

近年來，多孔硅材料被廣泛的應(yīng)用于氣體傳感、離子傳感、濕度傳感和熱傳感等領(lǐng)域.多孔硅之所以被用作傳感材料與其自身的特性密不可分.多孔硅孔隙度大，比表面積大，非常容易吸附氣體和液體中的一些成分.另外，多孔硅表面的電容、電阻等物理特性隨著溫度或吸附物質(zhì)的改變有較大的變化，通過對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)就可以反映出被測(cè)物的相關(guān)物理參數(shù).例如，Li等[39]制備了一種多孔硅柱陣列，如圖4所示，把它做成圖5所示的結(jié)構(gòu)，用來監(jiān)測(cè)乙醇得到了較快的響應(yīng)速度和良好的敏感特性.Chvojka等[40]研究了多孔硅對(duì)不同種類有機(jī)物的熒光感應(yīng)特性，研究標(biāo)的物是甲醇到正己醇系列，通過多孔硅熒光的淬滅強(qiáng)度變化來表征標(biāo)的物的濃度.

圖4 多孔硅柱陣列的SEM和TEM形貌

圖5 基于電容特性的乙醇傳感器示意圖

多孔硅與其它多孔材料相比，最重要的特點(diǎn)是直接生長(zhǎng)在單晶硅基底上的，多孔硅的底部晶格與單晶硅的晶格相連接的周期性基本沒有破壞，因此硅晶體管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能也能夠在多孔硅上實(shí)現(xiàn).例如Ozdemir[44]和Gole[41]就做過使用金屬離子修飾過的多孔硅來探測(cè)劇毒氣體膦的研究.他們?cè)O(shè)計(jì)的器件的結(jié)構(gòu)(圖6)有如下特征：(1)利用多孔硅的大比表面積來吸附膦；(2)利用多孔硅的高孔隙度來控制吸附的氣體膦不易脫附；(3)使用金屬修飾離子增加膦在多孔硅上的反應(yīng)速度從而提高器件的靈敏度；(4)反應(yīng)后多孔硅層的電子濃度將被改變，進(jìn)而影響多孔硅/硅基底界面的界面態(tài)，如載流子濃度、種類等，從而會(huì)改變兩個(gè)金電極之間的電阻特性.電阻的變化值與膦的吸附濃度有一定的關(guān)系，而膦的吸附量又與膦在氣體樣本中的濃度有定量關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)找到這個(gè)關(guān)系就可以用兩個(gè)金電極之間的電阻來表征膦的濃度了.

圖6 多孔硅氣體傳感器示意圖[41]

Barillaro等[42]使用單晶硅上生長(zhǎng)的多孔硅層，采用一種類似場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的結(jié)構(gòu)對(duì)異丙醇的蒸汽進(jìn)行檢測(cè).基本結(jié)構(gòu)如圖7所示.這個(gè)結(jié)構(gòu)類似FET，該多孔硅的氣敏傳感器是在p型硅上覆蓋多孔硅層用來吸附氣體從而調(diào)制下方半導(dǎo)體的電阻，主監(jiān)測(cè)回路為上端的電源、源極、漏極與多孔硅底部的p型Si，底部柵極，可以用來控制PS基底區(qū)域的載流子類型和濃度.通常器件是依靠多孔硅吸附待測(cè)蒸汽，發(fā)生相互作用并進(jìn)而影響基底的電阻率，進(jìn)而用來表征待測(cè)蒸汽的濃度.而這個(gè)類FET器件的巧妙之處在于它可以通過底部的柵極來控制基底區(qū)域的載流子濃度，從而對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，可以

圖7 類FET結(jié)構(gòu)的氣敏傳感器[42]

選擇性的提高靈敏度或者提高穩(wěn)定性，另外，根據(jù)輸入信號(hào)的差異，在理論上可以對(duì)不同蒸汽進(jìn)行傳感.

綜合以上三個(gè)實(shí)例可以看出，這些氣體傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都借鑒了晶體管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以多孔硅對(duì)待測(cè)氣體的吸附代替了傳統(tǒng)的電位控制的方法來實(shí)現(xiàn)器件的功能.這種設(shè)想必然會(huì)在以后的敏感器件上廣為應(yīng)用.

4結(jié)束語

多孔硅是硅單晶表面腐蝕處理后得到的一種多孔的海綿狀物質(zhì)，一般電化學(xué)陽極氧化得到的多孔硅可在紫外光的激發(fā)下發(fā)出較強(qiáng)的熒光，這種現(xiàn)象在材料微觀結(jié)構(gòu)的理論解釋上具有較高的研究?jī)r(jià)值.多孔硅的發(fā)光理論被廣泛接受的是量子限制效應(yīng)和基于量子限制效應(yīng)模型的量子限制-發(fā)光中心模型理論，它們依然是基于單晶硅能帶結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上去認(rèn)識(shí)多孔硅的，但多孔硅形成后的狀態(tài)與晶體態(tài)完全不同，使用理論模擬計(jì)算的方法直接從原子之間成鍵的規(guī)律和原理來構(gòu)建多孔硅微觀結(jié)構(gòu)模型才有可能在多孔硅的發(fā)光理論上取得理論性的突破.多孔硅的表面修飾、改性和后處理尚需要系統(tǒng)性的工作來尋找普遍的規(guī)律.多孔硅在光電集成領(lǐng)域的研究和應(yīng)用還很不成熟，現(xiàn)在作為功能材料主要應(yīng)用在傳感領(lǐng)域.多孔硅本身的形貌特點(diǎn)決定了它在氣敏傳感和溶液成分檢測(cè)上有先天的優(yōu)勢(shì)，另外，多孔硅與硅基底晶格的無間斷連接特性使得它非常容易被集成進(jìn)功能模塊中去.從現(xiàn)有的科技工作者的研究成果來看，多孔硅材料器件在現(xiàn)有的晶體管結(jié)構(gòu)和功能上進(jìn)行模仿、改進(jìn)和創(chuàng)新將會(huì)是一個(gè)可能的發(fā)展方向.

參考文獻(xiàn):

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(編輯：姚佳良)

Researchsituationandapplicationofporoussilicon

ZHANGHua,LIJiao,CONGRi-min

(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,ShandongUniversityofTechnology,Zibo255049，China)

Abstract:Thispaperreviewedthediscoveryanddevelopmentofporoussilicon(PS),introducedthepreparationandthelight-emittingmechanismofPS,andinferredthefuturedevelopmentonmechanismresearch.Inaddition,thisarticlealsosummarizedtheworksonPSsurfacemodificationandtheapplicationofPSasanewfunctionmaterial.ThecharacteristicsandstructureofPSapplicationdeviceswerealsodiscussedandaconclusionwasdrawedthattransistorstructurecanbereferencedinfuturePSdevicedesign.

Keywords:poroussilicon;functionalmaterials;review;light-emittingmechanism;applicationdevices

中圖分類號(hào)：TM23

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-6197(2015)03-0020-07

作者簡(jiǎn)介：張華，男，865973001@qq.com

基金項(xiàng)目：山東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(ZR2011BL006)

收稿日期：2014-09-05