多孔碳化硅表面化学翻译

1、多孔碳化硅表面化学摘要关于SiC的阳极氧化反应可以在氢氟酸溶液中反应方案可以使之朝多孔碳 化硅（PSC）层发展。然而，从PSC的发光行为上看，没有看到多孔硅在所谓的蓝 移上是不同的。尽管量子限制效应认为是多孔碳化硅负责发光，但是PSC的表面状态是起着重要的作用。在各种气氛下的退火温度对发光性能的影响进行了研 究。采用光谱分析来阐明PSC的表面化学。PSC的表面,这似乎是一个发光的起 源，由C-H终止但Si-H和Si-O键均没有发现。x射线光电子能谱分析还表明, 通常存在于表面Si-O键的大部分SiC低谷和高峰分配在-CH -上出现。Si-O键的 氧化处理使得PSC的表面凹陷发光。其他两个热处理

2、也普遍的PL光谱的高能量区域，这是由于交替从表面上的 C-H键的C-C o关键词：发冷光多孔碳化硅X射线光电子能谱学尽管大量的研究表明，多孔硅在室温下具有很强的可见光发射效应，但对发 光机制没有明确的解释。这种发光归因于量子限制效应（QCE）纳米晶的表面效果，1,2或3。最近，在严格的电致发光（EL ）和photolumines荧光（PL） 已经被一些authors4 -6报道多孔碳化硅制备电化学阳极氧化法与多孔硅相似。 在SiC的阳极氧化处理中，反应的第一阶段是由SiO2的形成。氧化反应发生是由于在碳化硅/电解质溶液界面供应孔的SiC o二氧化硅与HF.7进一步的反应使 多孔碳化硅（PSC）

3、层成为发展潮流，而在宏观尺度上表面的整体轮廓是一样的。 然而，PSC的发光行为稍微不同与 SiC发射光的能量，是小于带隙的 SiC，这 是所谓的蓝移是观察不到的。虽然 QCE是负责发光，但PSC的表面状态也发 挥了重要的作用。康斯坦丁诺夫等人报道PL在氧化气氛下退火淬火的 PSC o这对我们的PL和EL样品在在空气中600 C进行热退火30分钟，也可以观察到 发光并猝灭。通过在氧化气相色谱分析，我们得出的结论是，阳极氧化膜表面 PSC应富 含碳的组成，最外层的碳必须由 H原子终止。确定PSC的表面键合状态，无论 是Si-H键的观察和Si-O-Si键，都是用红外（IR）进行吸收分析。这一结果表

4、明H原子附加到C在PSC表面形成CH2和CH3。这与我们的预期基于气相色 谱法的结果一致。然而，由于PSC层的透光率较低，其表面结构不能准确测定红外吸收。在 这项研究工作中，光电子光谱分析是通过PSC氧化气氛下退火内部的表面化学。实验部分阳极氧化处理时进行了紫外线（UV）照射在电流密度，范围从 20到120 mA/cm2，在氢氟酸（HF:乙醇：H 20 = 1:2:1）用20-0分钟解决方案是有效的， 可用n型6H-SiC单晶的艾奇逊法生长方法。热退火在空气（氧化），Ar，N2气氛下影响或改变了表面的PSC。氧化导 致一个白色的表面和其他表面到一个退火黑暗。所有的样品的加热到200 C和冷却均

5、用30 min，除了样品退火在1800。c外。实验所有的样品在空气或氮气或 氩气的气氛下在加热和冷却退火时间都是 30分钟。PL测量用光栅单色仪以1200线/毫米，焦距为3 / 4米，用一个85赫兹的 连续激发氦镉激光光子能量为 3.81电子伏特的斩波频率的正常锁定技术。激光 的功率为120兆瓦，0.5毫米直径的光斑尺寸。XPS使用的是市面上的岛津的奎 托斯轴，在分析室的压力为8 Pa和10 -Mg Ka辐射的顺序（1253.6 eV ）使用。 通过光电子的能量探测器保持传递能量为 20 eV的扫描。通过X射线光电子能 谱（XPS）分析，所有的样品去除表面污染是氩离子蚀刻完成的。结果与讨论x射

6、线光电子光谱，只确定材料表面的结合状态 （如晶体信息获得的XPSpat-terns对应XPS衰减长度（I 0 200nm）,它是一个理想的干净分析特点，并令 碳化硅晶体表面，即把薄污染覆盖物 （ 100nm）,得到单晶碳化硅和阳极氧化膜 PSC表面是不同的，结晶碳化硅和 PSC是碳氢键（-CH2 -，285 eV）显示一个 强大的峰值与si-C键（283.3 eV）在C1s PSC样本的光谱相似。两个极板的面孔（SiC（0001）和（0001）C ），Si显示不同的石墨化底物和氧 化行为，在这个实验中使用的基质是c轴方向以及阳极化的方向也是c轴。然而, 由于表面的多孔结构，PSC并不局限于一个

7、方向是随机的方向。从结果前面所 提到的,大多数的表面是由碳原子和氢原子氢键。H氢的C原子可以在第二层表面上以这样一种方式作为顶层硅层的 C-H。PSC呈现出较强的PL并没有重现性好。大多数 PSC样本显示，在2.7和 2.2 eV的两个发光带，与半高全宽（FWHM ）约0.7 eV的拟合高斯curves.12 PL 带和在2.7 eV的带，因为多孔纳米结构的扩大，使内在的 PL因为N掺杂和发光效率的提高。在较低的温度下，所有样品，包括原来的基板在 2.6 eV呈现相 对尖锐的发光带，另一个高能量的发光带在3 eV也观察到类似于分配给非晶SiC 薄膜的CVD发射。通过在空气中退火，PL强度大大降

8、低PSC的表面氧化，如图1c所示，能 量PL带越高，这是大多数作为阳极氧化的 PSC，变得比较低的能带所以弱得多。 退火后的样品在600 C在空气从金黄色到白色。在 700 C进一步退火后，样品 PL完全失去了 PL。对氧化样品的Si 2pXPS光谱所示图1 b与相应的PL光谱。更高的能量的 峰值是由Si-O键和略高于其价值转移（103.6 eV ）的二氧化硅。本测试样品的 C 1s谱是代表显示肩约285电子伏特，但没有与热退火如图1a的明显变化。这 表面含有Si-O键按下发光但峰的位置并没有太大变化与氧化。29028528025275 :亠-亠 _ -二上+*J巴 i :*二Tioe 106

9、 1CM 102100 9S 96aWnF :W)图1 XPS和通过在空气中退火氧化 PSC的PL光谱：（a）XPS C 1s，（ b）Si 2p，（c）PL三个退火温度下的 PL光谱虽然硅表面上生长的内在的脑脊液（CSF ）的热氧化，在芯区仍然是碳化硅。退火后的样品在600 C主要是由J-微晶和部分含有SiO2的表面上，这是由X射线衍射（XRD）证实的氧化自由站立的PSC层分析。C-H峰逐渐在氧化PSC更高的能量，这化学位移似乎是由氧原子在C原子的诱导，可以使这更稳定的化学状态。在700 C退火，在Si2p谱Si-C峰（图1b）减少这么多的Si-0峰成为主导。 表面主要由二氧化硅和相应的发光

10、强度下降。考虑到这一事实，如果纳米SiC是被二氧化硅覆盖，它就会失去它的作用。探讨了引入02或N2热表面过渡（n掺杂SiC），热退火在氩气气氛下进 行。图2显示了相关的XPS扫描C 1s退火后的样品在1800，1000，和600 C Ar气氛下和相应的荧光光谱。C 1s的XPS光谱的PSC，图2a，清楚地表明， 石墨峰随退火温度提高其强度。表面变得几乎覆盖石墨退火时，在1800 C氩气气氛下。众所周知，Si （G）是主要的气相物种的热力学平衡与 SiC（S）在升高的 温度下。众所周知，少量2C和SiC2分子蒸发。氧化不退火在Ar中发生的，这 是由高能量峰值出现在Si 2p的光谱图，这三个样品如

11、图2b所示。在600 C Ar退火后表面变得富碳，由C 1s和Si-C XPS峰相对强度表示在 图2a。表面也变得有点黑，但表面仍然主要是 SiC。一个四贫SiC型结构是可 能的但是，从蒸汽压数据来看，Si在600 C退火后表面上的损耗可以忽略不计。微观结构没有一个30分钟的退火在1000 C变化，但表面变成石墨丰富。 在C的浓度变化对表面的增加是由于表面石墨化。预计四耗损的1000 C退火引起的范围超过5的SiC表面层。此外，在最高温度1800 C，PSC的结构倒塌 和晶粒生长发生改变整个组织从纳米到微米的顺序是由扫描电镜观察证实，其中的样品的表面变成了黑色，覆盖着一层厚厚的石墨层肉眼可见。

12、图2c所示的PL光谱类似氧化样品但低能量带的相对较强。高能量带被认 为是从事实上它消失与表面状态变化的PSC的表面相关的。低能量带进一步移动到较低的能量，这可以归因于一个 PL的起源。几乎相同的PL光谱可以通过 SiC在AR是由热激活或产生辐射跃迁中心引起的带隙内的散热退火得到的。由于高能量的发光的尾巴持续到 3 eV，这PL光谱是由那些从PSC和散装。在 1000 C,光谱主要是低能量波段和 PSC衍生物似乎消失了。在最高温度 1800 C，PL谱完全消失。最后，热退火在N2气氛下的想法是，N为SiC掺杂不改变Si-O键。图3a 显示了 XPS C 1s谱退火的样品在400，600，和800

13、 C在N2气氛下。没有证据表明Si - N键的硅氮化物在内部，在光电子能谱（XPS）和彩色的 退火后的样品变成黑色。他在不同的C-C和Si-C之间的化学位移可在600 c所 示，约为1 eV。这是接近的C-C的预期值（284.2 eV ）的Si-C 0.9 eV的差异， 此差异超过2 eV的Ar退火后。在800 C退火样品，C 1 S并没有表现出明显的 分割和多峰被认为是C-C混合少许Si-C键。295290285280275tinOr-ffl0V)TQ6 1041Q210098152 IS311pho伽 eneray (evjta4n| 9fwrf i图2。XPS和Ar气氛中退火的PSC的PL光谱：(a) XPS Si 2p ,(b) C 1s ,(c) PL三退火温度的光谱图发光强度随退火温度和不移峰也不是一个新的带观察，图3B。结果表明,表面碳键状态从C-H C-C交替导致发光强度降低(n B) b可匸書一295290285280275binding energy (eV)1.8 2 2,2 2,4 2.6 2.8 3 3*2 3 4 phot on energy (eV)亠si?WUSEb图3。 XPS和N2气氛中退火的PSC的PL谱:(一) XPS