多孔硅是一種比表面積大,微觀結(jié)構(gòu)可調(diào),吸附性強(qiáng),具有良好生物相容性及光學(xué)性能的納米結(jié)構(gòu)材料,可廣泛應(yīng)用于顯示器、光學(xué)傳感器和生物成像等領(lǐng)域。然而,新刻蝕的多孔硅表面存在大量具有強(qiáng)反應(yīng)活性的硅氫基團(tuán),易與空氣中的水和氧氣發(fā)生反應(yīng),從而影響多孔硅的光學(xué)性能及穩(wěn)定性,削弱其在應(yīng)用中的適用性。本文通過光催化法在n型多孔硅表面生成Si-C鍵,以及氧化法在高摻雜p型多孔硅表面生成Si-O-Si鍵的方式,提升了不同摻雜類型多孔硅表面的穩(wěn)定性并研究了修飾反應(yīng)過程中的影響因素,此外,本文還制備了一種負(fù)載T8型巰基聚倍半硅氧烷（SH-POSS）的多孔硅片并研究了其對(duì)銅離子(Cu²⁺)的光學(xué)傳感性能。主要研究工作如下:1、以甲基丙烯酸十二氟庚酯為功能性基團(tuán),通過光催化反應(yīng),將其修飾在新制備的n型多孔硅表面,制備了一種具有高穩(wěn)定性、超疏水表面的氟修飾多孔硅。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、元素分析（SEM-EDS）、X射線光子能譜分析（XPS）等手段分析了多孔硅改性前后的結(jié)構(gòu)和組成,通過研究多孔硅表面水接觸角（WCA）和熒光光譜（PL）考察了 UV光照、反... 

【文章來源】：杭州師范大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：99 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

重量法計(jì)算多孔硅孔隙率的示意圖

杭州師范大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論6圖1-2常用a)單槽和b)雙槽電化學(xué)刻蝕法實(shí)驗(yàn)制備裝置示意圖Fig.1-2Schematicdiagramofa)single-cellandb)double-cellelectrochemicaletchingdevice為了改善多孔硅的光致發(fā)光性能，提升多孔硅的制備效率，近些年來，在電化學(xué)刻蝕法的基礎(chǔ)上又研究了新的輔助方式，如光照輔助[34]、磁場(chǎng)輔助以及脈沖輔助。光照輔助主要用于n型單晶硅片的刻蝕，由于n型單晶硅片內(nèi)部只有少量的電荷流子，所以在刻蝕過程中需要對(duì)硅片進(jìn)行額外光照以產(chǎn)生更多的電荷空穴[35]。磁場(chǎng)輔助是將整個(gè)反應(yīng)裝置放在外磁場(chǎng)中，研究表明隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，多孔硅的光致發(fā)光強(qiáng)度也隨之增強(qiáng)。脈沖輔助[36]是采用脈沖電流對(duì)單晶硅片進(jìn)行刻蝕，所制備的多孔硅的結(jié)構(gòu)隨脈沖電流的改變而改變，為多孔硅結(jié)構(gòu)的多樣性提供了新的思路。1.2.3多孔硅的形成機(jī)理從1956年Uhlirs[37]對(duì)硅晶片進(jìn)行化學(xué)拋光時(shí)發(fā)現(xiàn)多孔硅以來，多孔硅的形成機(jī)制就一直備受科學(xué)家的關(guān)注。到目前為止，被研究者公認(rèn)的形成機(jī)制主要有四種不同的模型：載流子擴(kuò)散限制模型、Beale耗盡模型、量子力學(xué)模型和統(tǒng)一模型。1.2.3.1載流子擴(kuò)散限制模型1983年Witten[38]首次提出了擴(kuò)散限制模型，在20世紀(jì)80年代，Smith[39]等人用此模型成功解釋了多孔硅的生長形成機(jī)制。Smith認(rèn)為多孔硅孔洞的生長是因?yàn)榭昭◤膯尉Ч柘蚩准舛穗S機(jī)擴(kuò)散的過程中硅表面原子發(fā)生了氧化，空穴擴(kuò)散軌跡會(huì)隨著基底摻雜濃度和刻蝕電流密度的變化而改變，這會(huì)造成在擴(kuò)散過程中空穴具有不同的擴(kuò)散長度和步長大小，從而形成不同結(jié)構(gòu)的多孔硅。此外，

杭州師范大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論11量子限制模型由Canham[8]提出，Canham認(rèn)為多孔硅內(nèi)硅量子線的存在是引起多孔硅光致發(fā)光的基矗多孔硅結(jié)構(gòu)中較高的孔隙率可以導(dǎo)致硅內(nèi)能帶的分裂，使得多孔硅的發(fā)光范圍由硅可以發(fā)出的紅外光向可見光區(qū)范圍移動(dòng)，量子效應(yīng)的作用可以使得多孔硅的光致發(fā)光強(qiáng)度與孔隙率有關(guān)。量子效應(yīng)模型表明，多孔硅的光致發(fā)光強(qiáng)度可隨多孔硅內(nèi)量子線尺寸的減小而增大，發(fā)光位置則隨多孔硅內(nèi)量子線尺寸的減小而藍(lán)移，這與刻蝕過程中在一定范圍內(nèi)隨著氧化反應(yīng)時(shí)間的增加，多孔硅光致發(fā)光強(qiáng)度增加，發(fā)光位置出現(xiàn)藍(lán)移的結(jié)果相一致。但是多孔硅內(nèi)量子線尺寸也不是影響多孔硅光致發(fā)光強(qiáng)度的唯一因素，研究表明，同種條件制備的多孔硅在不同環(huán)境中發(fā)光波長也并不相同，所以在此之后考慮到多孔硅自身的表面效應(yīng)，研究人員也在量子限制模型的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，提出了量子盒模型和球聚集模型。（2）表面態(tài)模型表面態(tài)模型是由Koch[45]在1993年提出，他認(rèn)為多孔硅光致發(fā)光的性質(zhì)與多孔硅表面吸附的物質(zhì)和表面態(tài)有關(guān)。在刻蝕過程中，硅內(nèi)電子和空穴遷移至硅基底表面缺陷和能帶后，其所引發(fā)的復(fù)合輻射發(fā)光過程可以分為三種，如圖1-5所示。E2為空穴與束縛電子之間能態(tài)的發(fā)光能量，E1為空穴與電子復(fù)合中的中間表面態(tài)的發(fā)光能量，E0為空穴與電子直接復(fù)合的發(fā)光能量，其中E2<E1<E0，Koch還提出這些表面態(tài)的復(fù)合發(fā)光是來自于多孔硅中的缺陷、雜質(zhì)、弛像等結(jié)構(gòu)。圖1-5表面態(tài)模型的發(fā)光過程Fig.1-5Luminescenceprocessofsurface-statemodel（3）特殊發(fā)光物質(zhì)發(fā)光模型


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