纳米硅材料制备及发光特性研究

Study on Preparation and Luminescence Properties of Si Nanocrystals

项目编号：59782008

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所　宋航、金亿鑫、宁永强、周天明、元光

　　硅是间接带半导体材料，因此，并非很好的光电子材料。但当空间尺寸压缩到纳米量级时，在量子限制条件下，可能打破硅材料的晶格对称性并使不同的动量态相互混杂，诱发有效的发光与光学增益态，从而获得硅基材料的高效光发射。本项目采用化学汽相淀积（CVD）技术，利用分子筛固有的纳米量级孔道，在其内组装制备纳米硅材料，并研究纳米硅材料的表征及发光特性。

（1）纳米硅制备与表征采用化学汽相淀积技术，成功地在分子筛中组装制备纳米硅材料。透射电镜（TEM）结构分析（见图1）及Raman散射结果表明所得到的纳米硅材料几何尺寸分布均匀，结晶状态良好。

(2）纳米硅激发，发射光谱及发光机制获得了很强的纳米硅材料的室温可见光发射。在不同激发条件下，光谱可覆盖整个可见光谱区（见图2）。且高能方向光发射与硅Γ15→Γ25态的激发密切相关；低能方向光发射则可能与纳米硅、分子筛界面态相关。

(3）纳米硅材料的发光动力学研究纳米硅材料的高能方向光发射动力学过程呈单指数衰减，其荧光寿命几个纳秒，反映了其发射为直接带发射。低能方向光发射呈双指数衰减，荧光寿命在微秒量级（见图3）。发光光强与激发密度的关系表明，高能方向的光发射为非线性，具有激子特征；而低能方向的光发射为亚线性，证实发射来源于束缚态（见图3插图）。

工程与材料科学部、国际合作局 主办
数理科学部、化学科学部 协办