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由磷和硼掺杂的富硅氧化物及氧氮化物生长的硅纳米晶体中自由载流子的缺失
摘要： 通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）可制备嵌入氧化硅基体中的磷和硼掺杂硅纳米晶（Si NCs）。传统方法采用SiH4和N2O作为前驱气体，这会不可避免地引入约10原子%的氮元素，使基体成为氧氮化硅。另一种方案是使用SiH4和O2，从而获得完全无氮的氧化硅。本研究通过原子探针断层扫描（APT）、低温光致发光（PL）、瞬态透射（TT）和电流-电压（I-V）测量，对比研究了纯氧化硅与氧氮化硅中掺杂B和P的Si NCs特性。结果表明：尽管在某些构型下电场电离可能产生载流子，但直径≤5 nm的Si NCs中无论磷掺杂还是硼掺杂均未形成自由载流子。这种亚10纳米尺度下磷/硼原子存在却无自由载流子的现象，对传统杂质掺杂硅在未来技术节点的应用具有重要影响。
关键词： 光致发光、硅纳米晶体、瞬态透射、掺杂、原子探针断层扫描
更新于2025-09-23 15:23:52
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Si纳米晶体的吸收截面随温度和距离的变化
摘要： 通过基于调制泵浦下激发强度依赖性光致发光动力学分析的光致发光（PL）调制技术，测定了具有可变氧化层厚度单层及多层结构中硅纳米晶（Si NCs）的吸收截面（ACS）。我们明确证实：将势垒厚度从约1 nm增至2.2 nm（约两倍）时，ACS值降低至原来的1/1.5倍。计算得出约1.6 nm为使PL强度产率最大化的最佳分离势垒厚度。ACS值随势垒厚度的显著变化归因于缺陷能态分布或受限纳米晶层间能量转移效率的调控。当温度降至120 K时，ACS呈指数衰减的现象可通过低温下声子占据数减少及硅纳米晶带隙展宽来解释。本研究清晰表明：硅纳米晶的吸收截面不能视为与实验条件和样品参数无关的固定值。
关键词： 硅纳米晶体、平均寿命、吸收截面、光致发光衰减、纳米晶体间距
更新于2025-09-23 15:22:29
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可积分全光通过开关
摘要： 基于硅纳米晶体嵌入式槽型光子晶体波导（SPCW）中的受激拉曼散射（SRS）效应，提出了一种全硅全光通断开关的全新设计方案。通过融合巨大SRS增益与SPCW超高光学限制的优势，该器件实现了尺寸和功耗的显著小型化。所提出的开关在逻辑电平间提供高达27分贝的对比度，并具备125吉比特/秒的卓越传输速率。
关键词： 高比特率、受激拉曼散射、高对比度、槽型光子晶体波导、硅纳米晶体、全光通断开关
更新于2025-09-23 15:21:21
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用于室内光能收集的硅纳米晶混合光伏器件
摘要： 具有尺寸依赖性新颖光学和电学特性的硅纳米晶（SiNCs）已被广泛应用于各类功能器件。我们已展示基于硅纳米晶的混合光伏器件（SiNC-HPVs），并提出多种性能提升方案。近年来，有机光伏器件（OPVs）因低功耗运行、高便携性和可设计性等优势，在室内电源应用领域被广泛研究。硅纳米晶在450纳米以下波长展现强光吸收能力，能在紫外照射下产生充足光电流。由于室内光源比太阳光含有更多500纳米以下的短波成分，SiNC-HPVs有望成为室内能量采集系统的优选方案。我们成功制备出光电转换效率达9.7%的SiNC-HPVs，在标准室内光照（1000勒克斯）下对应输出功率密度为34.0毫瓦/平方厘米。此外发现作为电子陷阱的硅纳米晶缺陷会显著影响其电学特性，通过热退火工艺抑制缺陷后有效提升了器件性能。
关键词： 硅纳米晶体，功率转换效率，室内光能收集，热退火，混合光伏技术
更新于2025-09-23 15:21:01
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激光烧蚀法生长的硅薄膜的光致发光与拉曼光谱研究
摘要： 采用激光烧蚀技术在熔融石英基底上制备了硅薄膜。热退火对硅薄膜的影响以及压力和温度依赖性显示出硅(Si)薄膜光致发光(PL)光谱的异常行为。热退火后在室温下观察到约3.0电子伏特(400纳米)处的强PL能带。样品拉曼光谱显示峰值位移到517 cm?1的不对称峰；同时观察到声子线展宽(7 cm?1)。这些结果与拉曼活性光学声子的q矢量选择定则弛豫高度吻合。通过声子限制模型拟合红移的不对称拉曼线型，以估算构成薄膜的颗粒尺寸。
关键词： 光致发光、拉曼光谱、硅纳米晶体、激光烧蚀
更新于2025-09-23 15:19:57
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一种可集成的全硅开槽光子晶体拉曼激光器
摘要： 基于槽型光子晶体纳米腔，提出了一种占地面积为7微米的可集成全硅拉曼激光器设计方案。该槽体采用硅纳米晶材料构建，既能利用其巨大的拉曼增益系数，又可实现光场的强空间与时间约束，在1552纳米波长下展现出17.8%的激光效率。仿真表明该器件仅需约0.5微瓦的超低光学阈值功率。研究还评估了制造缺陷的容忍度，发现当孔径半径和平面位置等结构参数存在6%的随机偏差时，器件性能仍能保持稳定。仿真进一步证实，即使品质因数和模态体积出现超过30%的大幅劣化，亚微瓦级阈值特性依然得以维持，这充分验证了该器件的可实现性。
关键词： 制造公差、光子晶体纳米腔、硅纳米晶体、激光效率、全硅拉曼激光器
更新于2025-09-12 10:27:22
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用于提高硅纳米晶发光量子产率的可控表面；关于引导荧光硅粉末功能增强的表面控制研究；
摘要： 在本篇综述论文中，我们提供了金刚石立方结构硅纳米晶（SiNCs）可控结构增强其光致发光量子产率（PLQYs）的实验证据。氢终止硅表面为后续修饰提供了基础平台，通过氢原子与碳氢链之间的简单配体交换即可实现发光增强?；诙訮L特性温度依赖性及弛豫动力学的系统研究，近期修正了长期公认的绝对PL增强机制——通过结合低温至室温范围的PL光谱测量与结构表征，我们发现增强的PLQYs与显著不同的表面结构直接相关：氢化物终止表面存在大量非辐射弛豫通道，而烷基单层钝化能有效抑制这些通道的产生，从而获得高达56%的高PLQYs。通过调控实现了590纳米至1064纳米波长范围内的PL带可调性。 随后，综述探讨了高发光SiNCs在光电子学与生物光子学领域的应用。展示了以SiNCs为活性层的可调谐发光二极管。硅与碳、氧、氮具有强化学亲和力，能在分子层面形成近乎无限的有机-硅杂化结构变体，因此SiNCs的生物医学应用极具前景。本文虽未详述生物光子学应用细节，但具有窄PL光谱（无长发射拖尾）、在700-1064纳米窗口内连续可调（该波段水及含血红蛋白组织的光吸收极弱）的近红外（NIR）发射SiNCs纳米颗粒，有望成为可用于活体研究的无毒生物标记物之一。 最后，我们对该研究领域当前整体状况、挑战及近期发展潜力进行了展望。
关键词： 锚定效应、硅纳米晶体、光致发光、发光二极管
更新于2025-09-12 10:27:22
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基于纳米晶硅的多层结构中尺寸依赖的磷掺杂效应
摘要： 硅纳米晶（Si NCs）的掺杂目前是一个引人关注的研究课题，因为它可以调控硅纳米晶的电子结构，进而影响其电学和光学特性。然而已有研究表明，由于自纯化效应以及磷（P）、硼（B）等掺杂剂的位置限制，对硅纳米晶进行掺杂相当困难，且掺杂剂对物理性质的影响机制仍不明确。本研究制备了具有不同点尺寸（2-20纳米）的磷掺杂Si NCs/SiO2多层膜。发现掺杂后电子性能显著提升，但对于磷掺杂样品，其导电性呈现尺寸依赖性——随着点尺寸减小而降低，这可归因于小尺寸薄膜中激活载流子浓度的减少。此外，我们发现磷掺杂会在2纳米小尺寸样品中引入深能级，并检测到1250纳米附近近红外光发射的子带隙发光。文中简要讨论了可能的机理。
关键词： 硅纳米晶体、发光、磷掺杂、电子性能、尺寸依赖性
更新于2025-09-11 14:15:04
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基于光散射效应的氮化硅非晶基体中硅纳米晶结构表征测定
摘要： 在本研究中，我们将探究嵌入非晶氮化硅基体中的硅纳米晶（Si-nc）所产生的弹性与非弹性光散射现象。当光子与Si-nc相互作用时，其强度、方向和波长会发生多重变化。结合反射率、光致发光（PL）和拉曼光谱的检测手段，是探测散射光的极为灵敏的工具。研究结果表明：实验观测到的PL峰位偏移源于拉曼散射，而PL峰展宽则归因于瑞利散射。我们报道了一种可同时测定Si-nc核部与表面键长的新方法。含Si-nc结构中观察到的拉曼位移降低主要源自其曲面效应，这反映了Si-nc界面处存在硅悬挂键。
关键词： 瑞利散射、硅纳米晶体、硅悬挂键、拉曼散射、键长、硅纳米晶体表面
更新于2025-09-10 09:29:36
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混合表面化学：实现高发光生物相容性两亲性硅纳米晶体的方法。
摘要： 两亲性纳米粒子（AP-NPs）在多个领域具有广泛应用前景。其中，两亲性硅纳米晶（AP-SiNCs）因其尺寸与表面化学依赖的光致发光特性、高光致发光量子产率、优异的长期光稳定性及良好的生物偶联耐受性，在基于发光的生物成像、生物传感和药物递送领域展现出独特优势。现有大量研究已证实可合成与有机溶剂相容的高质量硅纳米晶，但如何在保持其优异发光性能的同时制备水溶性硅纳米晶仍极具挑战——迄今仅有一例蓝光发射型两亲性硅纳米晶（AP-SiNCs）的报道。本研究提出一种简便的一步热氢化硅烷化方法，可制得高浓度（基于硅核达14.4 mg/mL）水相分散的两亲性硅纳米晶，该材料在红/近红外光谱区呈现明亮长寿命光致发光，具有良好生物相容性并带有可生物偶联的表面基团。
关键词： 药物递送、光致发光、硅纳米晶体、生物传感、生物成像、两亲性纳米颗粒
更新于2025-09-09 09:28:46