1 天津大学微电子学院，天津 300072
2 天津市成像与感知微电子技术重点实验室，天津 300072
为了提高室温下多孔硅对NO2气体的灵敏度，提出采用化学气相输运沉积法在多孔硅表面生长VO2纳米颗粒，形成多孔硅基VO2纳米颗粒复合结构，通过调节VO2的沉积压强来改变VO2纳米颗粒的尺寸，研究其对多孔硅基VO2纳米颗粒复合结构室温气敏性能的影响。利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪和透射电子显微镜对复合结构的微观形貌、物相和晶体结构进行表征分析。实验结果表明，在沉积压强为330 Pa下获得的复合结构，对摩尔分数为5×10-6 的NO2的室温灵敏度达到最大（13.15），是多孔硅灵敏度的5.95倍，并具有良好的选择性。对NO2展现出优异的气敏性能是由于粒径较小的VO2纳米颗粒表面活性增强，与多孔硅之间形成较宽的耗尽层，从而提高了气敏性能。该研究将有助于提升多孔硅在NO2气敏传感器中的应用。
材料 多孔硅 VO2纳米颗粒 异质结 NO2气敏传感器 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2116003
1 江苏大学微纳米科学技术中心，镇江 212013
2 南京大学固体微结构物理国家重点实验室，南京 210093
基于金属包裹的多孔硅衬底具有制备成本低、检测能力强的优点。自20世纪表面增强拉曼散射(SERS)现象被发现以来，多孔硅-Au/Ag复合材料逐渐展现出作为SERS衬底的优势，被广泛应用于生物、化学、医疗等领域。本文综述了近些年来基于多孔硅复合Au/Ag纳米颗粒混合平台的研究，重点讨论了将贵金属Ag/Au复合于多孔硅衬底上的制备方法，介绍了它们在不同制备条件下枝晶结构的生长形貌和检测性能，并对多孔硅-Ag/Au枝晶复合结构作为SERS衬底的未来发展进行简要分析。
多孔硅 表面增强拉曼散射(SERS) 复合材料 枝晶结构 porous silicon surface-enhanced Raman scattering (SERS) AgNPs/AuNPs AgNPs/AuNPs complex meterial dendritic structure
1 1.西安交通大学 电子物理与器件教育部重点实验室, 西安 710049
2 2.西安交通大学 电子科学与工程学院, 西安 710049
3 3.生态环境部核与辐射安全中心, 北京 100082
量子限制效应使硅纳米线具有良好的场致发射特性, 结合多孔硅的准弹道电子漂移模型可提高场发射器件的性能。传统的金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线的效率较低, 本研究在传统方法的基础上引入恒流源, 提出电催化金属辅助化学刻蚀法, 高效制备了硅纳米线/多孔硅复合结构。在外加30 mA恒定电流的条件下, 硅纳米线的平均制备速率可达308 nm/min, 较传统方法提升了173%。研究了AgNO3浓度、刻蚀时间和刻蚀电流对复合结构形貌的影响规律; 测试了采用电催化金属辅助化学刻蚀法制备样品的场发射特性。结果显示样品的阈值场强为10.83 V/μm, 当场强为14.16 V/μm时, 电流密度为64 μA/cm2。
电化学 金属辅助化学刻蚀法 硅纳米线 多孔硅 场发射 electrochemistry metal assisted chemical etching silicon nanowire porous silicon field emission
1 1.昆明理工大学 材料科学与工程学院, 昆明 650093
2 2.昆明理工大学 真空冶金国家工程实验室, 昆明 650093
锂离子电池硅基负极材料的理论比容量比传统石墨材料高10倍, 是最有前途的锂离子电池负极材料之一。然而硅基纳米材料的制备工艺复杂、成本高昂, 严重限制了锂离子电池硅负极的商业应用。本工作采用溪木贼为原料, 通过深度还原、浅度氧化和碳包覆工艺制备了三维多孔生物质硅/碳复合材料(多孔3D-bio-Si/C)。三维多孔结构不仅有利于Li+的快速传输, 而且提供足够的空隙缓解在脱-嵌锂过程中发生的体积变化。得益于三维结构中大量的孔隙和高强度的外部碳层, 多孔3D-bio-Si/C制备的电极表现出优异的电化学性能。当电流密度为1 A/g时, 多孔3D-bio-Si/C的可逆容量为1243.2 mAh/g, 循环400次后仍可保持933.4 mAh/g, 容量保持率高达89%。利用溪木贼作为生物质硅源制备高性能硅基负极材料, 实现了低成本、可规模化、绿色和可持续的合成路线, 有望为Si基锂离子电池负极材料的商业应用打下基础。
溪木贼 锂离子电池 多孔硅 硅/碳复合材料 负极材料 equisetum fluviatile lithium-ion battery porous silicon silicon/carbon composite anode material
1 新疆轻工职业技术学院, 新疆 乌鲁木齐 830000
2 新疆大学物理科学与技术学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
研究了CdSe/ZnS 量子点与介孔多孔硅偶联吸附结合的复合膜的光致发光谱。实验比较了CdSe/ZnS 量子点与硅复合和与多孔硅复合的光致发光,发现量子点与多孔硅复合的发光比与硅复合有很大的增强。对不同孔径的多孔硅与量子点复合后的光致发光谱的比较发现,由于孔径大小对量子点浸入介孔硅有影响,孔径大浸入的量子点较多所以大孔径多孔硅的发光比小孔径的发光强。量子点与多孔硅复合的光致发光具有量子点荧光发光强度高、稳定和窄带发光的特点,对进一步应用于基于多孔硅器件的光学传感器有重要意义。
CdSe/ZnS量子点 多孔硅 复合膜 光致发光 CdSe/ZnS quantum dots porous silicon composite membranes photoluminescence spectra
1 燕山大学电气工程学院, 河北省测试计量技术及仪器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学信息科学与工程学院, 河北省特种光纤与光纤传感器重点实验室, 秦皇岛 066004
3 河北先河环保科技股份有限公司, 河北 石家庄 050000
基于波导光栅共振原理和古斯-汉欣(Goos-Hnchen)位移理论, 提出一种表面覆膜波导光栅传感结构, 并研究其共振光谱特性。 通过在光栅表面涂覆低折射率聚合物功能膜层优化其共振光谱特性, 选用多孔硅作为待测物承载单元, 可以使光学探针更充分地接触待测样本, 从而提高其检测性能。 根据波导光栅共振相位条件, 建立了共振波长和样本折射率之间的数学模型, 通过检测共振位置的改变进而对样本浓度进行检测。 研究表明, 该表面覆膜波导光栅传感结构具有线型对称和窄线宽的共振光谱特性, 可实现高品质因数(Q值)和高灵敏度的传感特性, 其Q值为1 488, 对折射率的检测极限可达5×10－4 RIU(RIU为折射率单位)。 通过检测不同浓度的葡萄糖溶液对其传感特性进行验证分析, 结果表明, 共振波长与葡萄糖溶液浓度之间具有良好的线性关系, 对葡萄糖溶液的检测灵敏度为1.12nm/1%, 证明了该表面覆膜波导光栅传感结构的有效性, 可以用于对低浓度样本溶液的实时动态监测, 并为波长调制型光学折射率传感器的研究提供理论指导。
折射率传感 波导光栅共振 表面覆膜 光谱分析 多孔硅 Refractive index sensing Waveguide grating resonance Surface coated Spectral analysis Porous silicon 光谱学与光谱分析
2018, 38(7): 2320
1 燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
3 河北先河环保科技股份有限公司, 河北 石家庄 050035
基于波导耦合光栅的共振原理和多孔硅的光学传感特性, 提出一种含多孔硅层的波导耦合光栅纳米异质结构的折射率传感模型。根据古斯-汉欣(Goos-Hnchen)位移理论和波导耦合光栅共振的相位匹配条件, 建立共振波长与待测样本折射率之间的关系模型, 并分析了折射率传感结构的折射率传感特性。利用多孔硅高效的承载机制, 将其作为待测样本承载单元, 选用不同浓度的乙二醇溶液作为待测样本, 对该折射率传感结构的灵敏度和品质因数Q进行分析。结果表明, 该折射率传感结构对乙二醇溶液的灵敏度为2.2 nm/1%, Q值为226, 证明了该传感结构的有效性, 它可实现对低浓度待测样本的检测。
传感器 波导耦合光栅 折射率 多孔硅 中国激光
2017, 44(10): 1010003
1 南京航空航天大学 材料科学与技术学院 江苏省能量转换材料与技术重点实验室, 南京 210016
2 常州大学 江苏省光伏科学与工程协同创新中心, 江苏 常州 213164
为了研究CdS纳米颗粒填充的自支撑多孔硅的光致发光特性, 选用电阻率为0.01~0.02Ω·cm的P型硅片, 先采用二步阳极氧化法制备自支撑多孔硅, 再利用电泳法将CdS纳米颗粒填充入该自支撑多孔硅中.采用扫描电子显微镜、X射线能谱分析、X射线衍射分析、光致发光谱分析对所制备样品的形貌、相结构、组份及发光性能进行研究.实验结果表明：自支撑多孔硅内部成功填充了CdS纳米颗粒, 该CdS纳米颗粒衍射峰为(210); CdS纳米颗粒填充的自支撑多孔硅光致发光峰峰位发生红移, 且从570 nm转移到740 nm; 电泳时间直接影响CdS纳米颗粒的填充量, 导致相关的发光峰强度及发光峰位明显不同.
纳米颗粒 阳极氧化法 电泳法 自支撑多孔硅 光致发光 CdS CdS Nanoparticles Anode oxidation method Electrophoresis method Freestanding porous silicon Photoluminence
1 四川师范大学 化学学院, 四川 成都610068
2 四川大学 化学学院, 四川 成都610065
采用简便的化学腐蚀法在45 ℃下制备了橘红色荧光多孔硅(PS), 通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和比表面积(BET)对PS的结构进行了表征。研究发现, Ag+能在PS上发生氧化沉积而猝灭荧光。基于此, 建立了一种快速、灵敏检测Ag+的新方法。在优化实验条件下, Ag+浓度与PS的荧光强度在4.5×10-8～6.6×10-7 mol/L范围内呈良好的线性关系, 检测限为2.2×10-8 mol/L, 线性相关系数为0.991 4。该方法用于水样中Ag+的检测, 结果满意。
化学腐蚀法 多孔硅 荧光 chemical etching method porous silicon fluorescence Ag+ Ag+
1 燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
结合光子晶体的局域特性与多孔硅特有的光学特性，提出一种镜像对称多孔硅光子晶体折射率传感结构。基于分层传输矩阵法建立传感理论模型，得出缺陷波长与其基本结构参数的关系。改变多孔硅高低折射率层的结构参数，可使缺陷峰的半峰全宽变窄，进而使其品质因数(Q 值)得到提高。根据传输矩阵理论，对不同浓度甲醇蒸汽进入到该传感结构前后的反射光谱进行理论仿真，得出其光谱特性，推导出由于环境折射率影响引起的传感层等效折射率改变与缺陷峰漂移之间的数学模型，并进行数值模拟分析。结果显示：该传感器结构的Q 值为3114.75，灵敏度为903.9 nm/RIU，可为微型化与高分辨率传感器的设计提供一定的技术参考。
光学器件 折射率 多孔硅光子晶体 镜像对称 缺陷峰 传输矩阵法
