模板辅助离子液体电沉积锗和硅锗三维光子晶体的研究

光子晶体是一种具有光子带隙的新型材料，由于其具有可以控制和抑制光子运动的特性，在光通讯等领域具有广阔的应用前景。半导体锗和硅锗的介电常数和折射率很高，又具有较低的光吸收率，因而其三维光子晶体可以实现完全光子带隙，是制备光子晶体的优秀材料。但锗和硅锗无法在常规水溶液体系中电沉积。离子液体具有很宽的电化学窗口，电沉积过程中副反应少，挥发性很小，热稳定性高，可以在离子液体中电沉积得到Ge和SiGe。本项研究在离子液体中以胶体晶体模板辅助电沉积方法制备具有反蛋白石结构的锗和硅锗三维光子晶体。探索离子液体中锗和硅锗的电沉积行为和电化学反应的基本过程，研究Ge和SiGe的成核和生长机制；对所获得的三维光子晶体的结构及性能进行详细表征；建立电沉积工艺参数、结构与性能的关系。课题的开展将促进我国在可见-近红外波段光子晶体方面的研究，同时为电沉积其它二元和三元系半导体材料的研究建立基础。

光子晶体是一种具有光子带隙的新型材料，由于其具有可以控制和抑制光子运动的特性，在光通讯等领域具有广阔的应用前景。半导体锗和硅锗的介电常数和折射率很高，又具有较低的光吸收率，因而其三维光子晶体可以实现完全光子带隙，是制备光子晶体的优秀材料。高度有序的半导体三维光子晶体的构筑是一个难题，本项研究在离子液体中以胶体晶体模板辅助电沉积方法制备了具有反蛋白石结构的锗和硅锗三维光子晶体。深入研究离子液体中锗和硅锗的电沉积行为和电化学反应的基本过程，建立Ge和SiGe的成核和生长机制；研究了各种工艺参数，包括沉积电位、沉积时间、离子液体种类、Si和Ge盐的浓度等条件对于沉积薄膜的组成、结构和性能的影响，获得了不同离子液体中沉积半导体硅、锗和硅锗的最佳工艺条件；采用自组装技术获得了高度有序的胶体晶体，并以此为模板，在离子液体中对其进行填充硅、锗和硅锗，去除模板后，获得具有反蛋白石结构的、高度有序的三维半导体光子晶体；对所获得的三维光子晶体的微观结构和形貌进行详细表征，对其光学性能进行测试和分析；建立电沉积工艺参数、结构与性能的关系；制备的三维光子晶体表现明显的禁带特性，其禁带位置可以随模板孔径的大小调节。课题的开展将促进我国在可见-近红外波段光子晶体方面的研究，同时为电沉积其它二元和三元系半导体材料的研究建立基础。