Способ получения люминесцентных пленок на основе пористого кремния

Способ получения люминесцентных пленок на основе пористого кремния

Реферат

 

Изобретение относится к технологии изготовления электролюминесцентных приборов с пористым кремнием в качестве активного слоя. Сущность изобретения: способ включает анодное окисление кремниевых пластин со сформированным на них слоем пористого кремния в 0,1-0,5М водном растворе дигидрофосфата аммония при плотностях тока 1-10 мА/см². Достигается коротковолновый сдвиг спектра излучения и увеличение интенсивности люминесценции по сравнению с неокисленным таким образом пористым кремнием, а именно, сдвиг спектра от 750 до 590 нм и увеличение интенсивности с 2,510³ до 510⁵ отн. ед. Процесс анодирования в гальваностатическом режиме характеризуется достижением максимального значения клеммного напряжения 250 В, что обеспечивает высокую глубину анодного окисления.

Изобретение относится к технологии изготовления электролюминесцентных приборов, а именно, светодиодов с пористым кремнием в качестве активного слоя.

Известны два основных метода обработки слоев пористого кремния, при которых улучшаются излучательные характеристики материала. Один из них заключается в быстром термическом окислении пористого кремния в смеси кислорода и азота при температуре 900^oC [1] другой осуществляется посредством анодного окисления пористого слоя на кремниевой многокристаллической подложке в растворе HCl:H₂O 1:7 (объемные доли) [2] За прототип выбираем способ по [2] как наиболее близкий по существу.

Недостатком известного способа анодного окисления является использование в качестве электропроводной добавки соляной кислоты, которая является химически активной по отношению к пористому кремнию и не дает возможности получения толстых анодных оксидных пленок на пористом кремнии (максимальное клеммное напряжение анодирования не превышает 30 В).

Техническим результатом является улучшение электронно-оптических свойств пористого кремния посредством анодного окисления на большую глубину.

Результат достигается тем, что в способе получения люминесцентных пленок на основе пористого кремния, включающем процесс анодного окисления кремниевых пластин со сформированным на них слоем пористого кремния при плотностях тока 1-10 мА/см², отличающийся тем, что в качестве электролита используется 0,1-0,5 М водный раствор дигидрофосфата аммония.

Концентрация электролита выбрана из предпосылок стабильности процесса. При концентрации меньше 0,1 М наблюдается существенный нагрев электролита из-за повышения сопротивления. При концентрациях больше 0,5 М наблюдается искрение и пробой оксидной пленки при достижении высоких значений клеммного напряжения в процессе анодного окисления.

Традиционно для анодного окисления кремния применялись водный раствор соляной кислоты или раствор нитрата калия в этиленгликоле. Однако в состав первого входит химически активная по отношению к пористому кремнию соляная кислота, а второй из-за высокой вязкости не обеспечивает стабильного анодного окисления в глубине микропористого слоя. Водные растворы дигидрофосфата аммония применялись ранее для анодного окисления арсенида галлия, алюминия и тантала. Авторам не известны из уровня техники сведения об использовании для анодного окисления слоев пористого кремния водных растворов дигидрофосфата аммония, что позволяет сделать вывод о новизне и достижении технического уровня изобретения.

Пример. Пленки пористого кремния, сформированные в растворе HF:C₂H₅OH 1: 1 (объемные доли) при плотности тока 10 мА/см² в течение 4 мин, погружали на 1 мин в деионизованную воду. Затем образцы анодно окисляли в растворе дигидрофосфата аммония.

Характеристики люминесценции регистрировали при возбуждении аргоновым лазером мощностью 0,1 Вт/см². Слои пористого кремния, которые не были анодно окислены характеризовались люминесценцией с длиной волны 750 нм и интенсивностью 2,510³ отн. ед. На слоях, подвергнутых анодному окислению, получены следующие результаты: В результате достигнуты сдвиг спектра излучения до 590 нм в коротковолновую область и увеличение интенсивности люминесценции на два порядка за счет увеличения глубины анодирования в предлагаемом электролите, что превосходит результаты, достигнутые при анодировании в растворе соляной кислоты и составляющие 650 нм и 510⁴ отн. ед. [2]

Формула изобретения

Способ получения люминесцентных пленок на основе пористого кремния, включающий процесс анодного окисления кремниевых пластин со сформированным на них слоем пористого кремния при плотностях тока 1 10 мА/см² в растворе электролита, отличающийся тем, что в качестве электролита используют 0,1 0,5 М водный раствор дигидрофосфата аммония.

РИСУНКИ

Рисунок 1