面心立方Si纳米颗粒的光致发光和电荷存储调控

研究Si纳米颗粒的晶体结构控制和光电性能的关系是纳米材料研究领域的前沿，是构筑纳米光电器件的基础。本研究拟开展以下方面的研究：关注PLA制备样品过程中，纳米材料的晶体结构的调整控制。注重激光烧蚀熔池附近的动力学分析与控制，以改变颗粒形成过程的晶体结构，并研究由此产生的相关物理效应，有目的的控制材料的晶体结构和形貌；利用面心立方(fcc)Si纳米颗粒的特殊晶体结构特点，注重结构对纳米材料的能带结构、电子局域态和表面缺陷态等的调整，并研究由此导致的一系列窄带光致发光效应，深化晶体结构调整纳米材料可控发光效应方面的认识；理论计算与试验结合，从材料的电子结构角度认识具有面心立方结构的Si纳米颗粒在外电场作用下，对于电荷的存储能力。分析fcc-Si纳米材料与高k基体之间的界面作用，研究纳米材料的面密度、尺寸、晶体结构在控制电荷存储量和存储寿命方面的物理机制，实现fcc-Si纳米颗粒的存储可控。

硅纳米结构有许多不同于单晶硅的结构和性能，它在发光器件、微存储器件、光电集成器件以及传感器等领域有广阔的应用前景。硅纳米颗粒（Si-nps）因其具有零维量子点结构，相比其他硅纳米结构而言，具有更优越的可操作性和光学性能。本课题主要工作为调节PLA参数制备Si-nps，并采用SEM、HRTEM和XPS表征Si-nps的形貌、结构和表面性能，再结合激光荧光测试其强光致发光特征(PL)性能。通过PLA的动力学过程的理论分析，结合实验结果，我们提出PLA动力学过程中缓冲气体压力存在一个经验阈值，该阈值受靶衬距的节制，并提出Si-nps的尺寸与压力的理论关系式。在制备Si-nps的基础上，通过PL性能测试，我们讨论分析了获得PL的基本条件、形成机制以及变化因素等。本课题认为，纳米结构是硅材料具有PL性能的充要条件，而晶态Si-nps比无定形Si-nps具有更好的PL性能。经讨论分析认为，红黄光区的发光与量子限制效应模型相关，但并非完全符合量子效应模型。另外还发现蓝紫光区372nm、445nm等的发光，认为蓝紫光区的发光和量子限制效应模型完全无关，而是受表面氧化层的缺陷或氧空位等发光中心节制。