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多孔半导体材料在最近几年引起了人们的广泛研究,其原因是由于它具有比原始材料更短的光致发光波长和更高的发光效率。其中多孔碳化硅就比晶体SiC有更高的发光效率。本文分别以微米和纳米碳化硅粉末为原料,采用粉末冶金的烧结工艺,成功的制备了纳米多孔碳化硅,并分析了多孔碳化硅的结构,同时测试了其光致发光谱。
多孔碳化硅的制备过程包括原始粉末的净化、压坯的压制、烧结过程和烧结样品的后续处理。对于微米粉末,压坯在750MPa压力下压制成型,烧结温度为1600~1800℃,烧结时间为4~7h;而对于纳米碳化硅粉末,压坯在1000MPa压力下压制成型,烧结温度为1600℃,烧结时间为4~5h,所有压坯都在1.0 atm的Ar.气保护下进行烧结,烧结完成后,用干氧法在氧化炉中氧化并研磨或直接研磨的方法去除样品表面过量的碳。
使用SEM和XRD对样品的结构和组成进行了分析。结果显示对纳米碳化硅粉末在1600℃,4h30min-4h50min条件下烧结制备的样品具有大量的微孔,平均孔径尺寸达到纳米数量级,约为80-90nm 。样品的晶型也发生了转变,1600℃,4h30min以上时间烧结时,4H-SiC晶型信号很弱,基本消失。
用He-Cd激光器(325 nm, 10mW)对样品的光致发光进行了测试。对于纳米多孔碳化硅,所有样品的发光主峰都位于2.69eV附近,在3.0eV附近处有一肩峰。发光峰的强度随着烧结时间的增加略有下降,多孔碳化硅的发光来自于缺陷态。