CN104910898A - 一种光子晶体增强的ZnO/PSM发光材料的制备方法 - Google Patents

一种光子晶体增强的ZnO/PSM发光材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104910898A
CN104910898A CN201510221725.8A CN201510221725A CN104910898A CN 104910898 A CN104910898 A CN 104910898A CN 201510221725 A CN201510221725 A CN 201510221725A CN 104910898 A CN104910898 A CN 104910898A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zno
photonic crystal
preparation
psm
porous silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510221725.8A
Other languages
English (en)
Inventor
张红燕
刘丛
贾振红
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xinjiang University
Original Assignee
Xinjiang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xinjiang University filed Critical Xinjiang University
Priority to CN201510221725.8A priority Critical patent/CN104910898A/zh
Publication of CN104910898A publication Critical patent/CN104910898A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

本发明提供了一种光子晶体增强的ZnO/PSM发光材料的制备方法，该方法包括一维多孔硅光子晶体的制备和氧化、ZnO溶胶的制备、一维多孔硅光子晶体的溶胶浸润和高温退火等步骤。优选地，在光子晶体增强的纳米ZnO/PSM发光材料制备的步骤中还包括一维多孔硅光子晶体制备中单晶硅的优选和制备工艺参数优化的步骤，经过上述处理可得到光子晶体增强的ZnO/PSM发光材料。

Description

一种光子晶体增强的ZnO/PSM发光材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米发光材料的制备方法，具体地涉及一种基于ZnO在短波段优良的发光特性、多孔硅独特的表面形貌以及一维光子晶体显著的光致增强性能、以电化学腐蚀法制备的一维多孔硅光子晶体为衬底融合溶胶-凝胶法制备ZnO/PSM发光材料的方法。
背景技术
随着信息技术的高速发展，以光电子和微电子为基础的通讯和网络技术已成为高新技术的核心。半导体激光器作为信息技术的关键部件使得光纤通讯得以普及，也使得以光盘为主的信息存储技术不断更新换代。光盘的存储密度与激光器的波长平方成反比，并且波长越短读取速度也越快。因此，短波长发光二极管和激光二极管已经成为半导体材料研究中的一个热点。ZnO无色无嗅无毒，是一种新型的环境友好的半导体材料。此外，ZnO是II一Ⅳ族宽能隙直接带材料，室温下禁带宽度为3.37eV,对应紫外光的波长，且ZnO的激子束缚能高达60meV，因此可实现室温或者更高温度下的激子受激紫外辐射发光，非常适合用于制作短波长发光器件。多孔硅是一种海绵状的、有着巨大比表面积的纳米硅基材料，这种形貌非常适合纳米材料的生长，且其折射率可调节这一特性，为一维多孔硅光子晶体的实现提供了制备基础。目前的研究结果表明一维多孔硅光子晶体在高效率低损耗反射镜和波导、微腔、滤波器、传感器、高效率的发光二极管、光电集成等很多方面都具有很多潜在的应用。
本申请的发明人经过近两年对光子晶体增强纳米发光材料的潜心研究，设计了一种基于ZnO在短波段优良的发光特性、多孔硅独特的表面形貌以及一维光子晶体显著的光致增强性能、以电化学腐蚀法制备的一维多孔硅光子晶体为衬底融合溶胶-凝胶法制备ZnO/PSM发光材料的方法。实验表明该方法是一种简便实用的ZnO/PSM发光材料的制备方法。
发明内容
本发明提供了一种光子晶体增强的ZnO/PSM发光材料的制备方法，该方法包括一维多孔硅光子晶体的制备和氧化、ZnO溶胶的制备、多孔硅光子晶体的溶胶浸润和高温退火等步骤。优选地，在光子晶体增强的ZnO/PSM发光材料制备的步骤中还包括一维多孔硅光子晶体制备中单晶硅的优选和制备工艺参数优化的步骤，经过上述处理可得到光子晶体增强的ZnO/PSM发光材料。
鉴于一维多孔硅光子晶体业已证实的光致增强特性和溶胶-凝胶法可以完美的融合在ZnO/PSM发光材料制备工艺中的双重考虑，以电化学腐蚀法制备的一维多孔硅光子晶体为衬底，采用溶胶-凝胶法制备ZnO/PSM发光材料，既克服了传统纳米材料制备工艺繁琐、调控困难的不足，又使ZnO/PSM光学特性得到显著增强，不失为两全其美之举。
其中，一维多孔硅光子晶体的制备是影响制备光子晶体增强的ZnO/PSM发光材料的关键环节，因此，包括单晶硅的优选、电化学腐蚀工艺及参数的优化是光子晶体增强的ZnO/PSM发光材料制备首先要解决的问题。通过文献调研结合大量实验验证，P型、晶向为100、电阻率为0.01-0.02 Ω㎝的单晶硅光致增强效果显著，适合作为本底材料。近几年实验室反复的大量的工作表明，将单晶硅片置于酒精和质量百分含量为48% HF溶液按体积比为1:1混合的溶液中，按照(nLnH)7nLc(nHnL)7序列从上到下对单晶硅片进行电化学腐蚀可制备光致发光特性显著的一维多孔硅光子晶体。其中，nL层的电流密度为50mA/cm2、腐蚀时间为1.1s，nH层的电流密度为20mA/cm2、腐蚀时间为1.7s，nLc层的电流密度为50 mA/cm2、腐蚀时间为4.5s。
退火温度是影响ZnO/PS发光材料性能的关键因素。研究发现，退火温度从6000C、7000C 、8000C升高到9000C，ZnO/PS在8000C时的光致发光最强（见图1），且随着退火温度的升高， ZnO颗粒的尺寸逐渐变大，并出现团聚现象，在8000C时ZnO颗粒尺寸较大且结晶度较高（见图2），c轴择优取向度明显（见图3）。
ZnO溶胶的配比是影响ZnO/PS发光材料性能的重要因素。随着乙酸锌与聚乙烯醇质量比从3:1、4:1增加到5:1， ZnO/PS发光材料的紫外发光峰先增强后减弱，在4:1时有最强的紫外发光峰（见图4），且ZnO在PS上颗粒分布最均匀（见图5）。
一维多孔硅光子晶体对纳米氧化锌的紫外发光有显著的增强效果。研究发现，将制备的多孔硅微腔（见图6）及多孔硅浸泡在质量比为4:1的ZnO溶胶中8000C退火，ZnO/PSM的紫外发光峰明显高于ZnO/PS的紫外发光峰（见图7），可见此种方法可制备出光子晶体增强的ZnO/PSM发光材料。
该方法已经在实验中得到反复验证，结果表明该方法是一种简便实用的ZnO/PSM发光材料的制备方法。
附图说明
图1 ZnO/PS薄膜在不同退火温度的光致发光谱。退火温度分别为：（1）6000C；（2）7000C；（3）8000C；（4）9000C。
图2 ZnO/PS薄膜在不同退火温度的表面扫描电镜图。退火温度分别为：（a）6000C；（b）7000C；（c）8000C；（d）9000C。
图3 ZnO/PS薄膜在不同退火温度的XRD谱。退火温度分别为：（1）7000C；（2）8000C；（3）9000C。
图4不同质量比的乙酸锌与聚乙烯醇在退火温度为8000C下制备的ZnO/PS薄膜样品的光致发光谱。乙酸锌与聚乙烯醇质量分别为：（1）3:1；（2）4:1；（3）5:1。
图5不同质量比的乙酸锌与聚乙烯醇在退火温度为8000C下制备ZnO/PS薄膜样品的表面扫描电镜图。乙酸锌与聚乙烯醇质量分别为：（1）3:1；（2）4:1；（3）5:1。
图6 乙酸锌与聚乙烯醇质量比为4:1，退火温度为8000C时制备的ZnO/PSM的截面扫描电镜图。
图7 乙酸锌与聚乙烯醇质量比为4:1，退火温度为8000C时制备的ZnO/PS及ZnO/PSM的光致发光谱。（1）ZnO/PS的光致发光谱；（2）ZnO/PSM的光致发光谱。
具体实施方式  
实施例1  一种光子晶体增强的纳米ZnO/PSM发光材料的制备方法
光子晶体增强的纳米ZnO/PSM发光材料的制备方法包括一维多孔硅光子晶体的制备和氧化、ZnO溶胶的制备、多孔硅光子晶体的溶胶浸润和高温退火几个阶段。
（1）、一维多孔硅光子晶体的制备和氧化
将优选的P型、晶向为100、电阻率为0.01-0.02Ω㎝的单晶硅片置于乙醇和质量体积百分含量为48% HF按体积比1:1混合的溶液中，按照(nLnH)7nLc(nHnL)7序列从上到下对单晶硅片进行电化学腐蚀，其中，nL层的电流密度为50mA/cm2、腐蚀时间为1.1s，nH层的电流密度为20mA/cm2、腐蚀时间为1.7s，nLc层的电流密度为50 mA/cm2、腐蚀时间为4.5s，然后将新制备的一维多孔硅光子晶体浸泡在30% H202中24h，取出用去离子水冲洗。
（2）、ZnO溶胶的制备
将2.0g乙酸锌先溶于50mL去离子水中，加入0.5g聚乙烯醇，加热至800℃同时磁力搅拌1 h，得到均匀透明的溶胶，冷却到室温下放置24 h后备用。
（3）、一维多孔硅光子晶体的溶胶浸润和高温退火
将步骤（1）中制备的一维多孔硅光子晶体浸润在步骤（2）中制备的ZnO溶胶中24h，取出在高温退火炉中800OC退火30min，可制备光子晶体增强的纳米ZnO/PSM发光材料。
通过上述具体的实施例，更容易理解本发明。上述实施例只是举例性的描述，而不应当被理解为用来限制本发明的范围。

Claims (1)

1.一种光子晶体增强的纳米ZnO/PSM发光材料的制备方法，其特征在于：（1）一维多孔硅光子晶体的制备和氧化：将优选的P型、晶向为100、电阻率为0.01-0.02Ω㎝的单晶硅片置于乙醇溶液和质量体积百分含量为48% HF溶液按体积比1:1混合的溶液中，按照(nLnH)7nLc(nHnL)7序列从上到下对单晶硅片进行电化学腐蚀，其中，nL层的电流密度为50mA/cm2、腐蚀时间为1.1s，nH层的电流密度为20mA/cm2、腐蚀时间为1.7s，nLc层的电流密度为50 mA/cm2、腐蚀时间为4.5s，然后将新制备的一维多孔硅光子晶体浸泡在30% H2O2中24h，取出用去离子水反复冲洗；（2）ZnO溶胶的制备：将2.0g乙酸锌先溶于50mL去离子水中，后加入0.5g聚乙烯醇，加热至800℃加热同时磁力搅拌1 h，得到均匀透明的溶胶，室温下放置24 h后备用；（3）一维多孔硅光子晶体的溶胶浸润和高温退火：将步骤⑴中制备的一维多孔硅光子晶体浸泡在步骤（2）中制备的ZnO溶胶中24h，取出后在高温退火炉中8000℃退火30min，可制备光子晶体增强的纳米ZnO/PSM发光材料。
CN201510221725.8A 2015-05-05 2015-05-05 一种光子晶体增强的ZnO/PSM发光材料的制备方法 Pending CN104910898A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510221725.8A CN104910898A (zh) 2015-05-05 2015-05-05 一种光子晶体增强的ZnO/PSM发光材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510221725.8A CN104910898A (zh) 2015-05-05 2015-05-05 一种光子晶体增强的ZnO/PSM发光材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104910898A true CN104910898A (zh) 2015-09-16

Family

ID=54080353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510221725.8A Pending CN104910898A (zh) 2015-05-05 2015-05-05 一种光子晶体增强的ZnO/PSM发光材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104910898A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110277248A (zh) * 2019-05-27 2019-09-24 江苏大学 一种氧化锌-多孔硅复合材料及其制备方法和应用

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110277248A (zh) * 2019-05-27 2019-09-24 江苏大学 一种氧化锌-多孔硅复合材料及其制备方法和应用
CN110277248B (zh) * 2019-05-27 2021-04-20 江苏大学 一种氧化锌-多孔硅复合材料及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sutter-Fella et al. High photoluminescence quantum yield in band gap tunable bromide containing mixed halide perovskites
Srivastava et al. Silver catalyzed nano-texturing of silicon surfaces for solar cell applications
Kumar et al. Fabrication of silicon nanowire arrays based solar cell with improved performance
Li et al. Water‐assisted Crystal Growth in Quasi‐2D Perovskites with enhanced charge transport and photovoltaic performance
Kong et al. Optical characterizations of the surface states in hybrid lead–halide perovskites
Hu et al. Femtosecond-laser-induced precipitation of CsPbBr3 perovskite nanocrystals in glasses for solar spectral conversion
Zhang et al. Surface chlorination of ZnO for perovskite solar cells with enhanced efficiency and stability
Ding et al. A laser texturing study on multi-crystalline silicon solar cells
CN105745764B (zh) 用于太阳能电池和其他半导体装置的钝化的方法、设备和系统
Haiyuan et al. Controllable nanoscale inverted pyramids for highly efficient quasi-omnidirectional crystalline silicon solar cells
Zhang et al. Improved performance of perovskite light-emitting diodes by dual passivation with an ionic additive
Bachtouli et al. Formation mechanism of porous silicon nanowires in HF/AgNO3 solution
Abdelbar et al. Energy management in hybrid organic-silicon nanostructured solar cells by downshifting using CdZnS/ZnS and CdZnSe/ZnS quantum dots
CN105702805B (zh) 高效钝化低价格硅材料缺陷和杂质的激光增强氢气钝化方法及应用
Sreejith et al. An additive-free non-metallic energy efficient industrial texturization process for diamond wire sawn multicrystalline silicon wafers
Tang et al. Enhanced energy conversion efficiency of Al-BSF c-Si solar cell by a novel hierarchical structure composed of inverted pyramids with different sizes
CN104910898A (zh) 一种光子晶体增强的ZnO/PSM发光材料的制备方法
CN102368502B (zh) 一种Al掺杂的氧化锌薄膜及其制备方法
Bao et al. Morphology and Luminescence Regulation for CsPbBr3 Perovskite Light-Emitting Diodes by Controlling Growth of Low-Dimensional Phases
Li et al. Development of additive-assisted Ag-MACE for multicrystalline black Si solar cells
Dimitrov et al. Nanotextured crystalline silicon solar cells
Morrell et al. Inorganic Ruddlesden-Popper faults in cesium lead bromide perovskite nanocrystals for enhanced optoelectronic performance
Li et al. A metal-free additive texturization method used for diamond-wire-sawn multi-crystalline silicon wafers
CN203631585U (zh) 硅镱量子级联和pin混合发光管
Peng et al. Fabrication and optical properties of InGaN/GaN multiple quantum well light emitting diodes with amorphous BaTiO3 ferroelectric film

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150916

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication