单晶硅是间接带隙半导体材料，它的带隙宽度Eg=1.1eV，作为发光器件材料在光电子领域中的应用受到一定限制。1990年，英国科学家Canham首次观察到室温下多孔硅强的可见光光致发光，并用量子限域效应进行了解释，使多孔硅迅速成为世界范围内的研究热潮。此后人们又相继实现了多孔硅多种颜色的光致发光和电致发光。多孔硅可能弥补单晶硅材料不能有效发光的缺点，预示了用单晶硅制备发光器件进而实现全硅光电子集成的美好前景。另外，随着非线性光学材料研究的深入，半导体纳米微粒作为超微粒非线性材料，由于其具有特殊的尺寸效应近年来在非线性光学领域引起了人们极大的兴趣。本文主要研究了均匀多孔硅的制备，多孔硅的光致发光机制以及多孔硅的光学三阶非线性，其主要内容分为五章。 第一章介绍了多孔硅的研究背景、研究意义、研究历史以及制备方法和形成机制，并且介绍了几种较有影响力的发光机制模型，然后提出我们的观点：多孔硅的发光机制不能仅用某一种因素去解释，应该综合考虑各方面的影响，多孔硅发光是量子限域效应和表面态综合作用的结果。最后对多孔硅的应用做出了展望。 第二章主要对非线性光学进行简单的介绍。对非线性光学的概念、研究内容、主要现象以及三阶非线性效应进行了简单的描述。另外，介绍了一种测量样品光学三阶非线性的简单方法Z-扫描法。根据Z-扫描实验曲线和理论公式，可以计算出非线性折射率和非线性吸收。 第三章研究了用脉冲电化学腐蚀制备均匀发光多孔硅。采用脉冲和直流电化学腐蚀两种方法制备多孔硅，对这两种方法制备的多孔硅样品进行扫描电镜和荧光光谱的测量，发现脉冲腐蚀制备的多孔硅样品比直流腐蚀制备的多孔硅样品表面均匀、颗粒尺寸小、发光强度大，而且发光峰位有明显的蓝移现象。同时还发2可南人学光学专业2001级硕士论文现多孔硅样品的尺寸越小其能带越宽，由此得出多孔硅的发光现象符合量子限域效应为基础解释的多孔硅光致发光的机制。 第四章研究了多孔硅的光致发光机制。对新制备的多孔硅和在空气中存放一段时间的多孔硅进行了荧光光谱和红外光谱的测量。新制备的多孔硅样品只有能量比较小的荧光单峰，存放一段时间后的多孔硅样品则出现了双峰;在红外光谱中原来存在的Si一H:、si一H、强度逐渐变弱，出现了对应于Si一O一Si、O一Si一H的新峰。对于荧光双峰的多孔硅样品，研究了荧光峰随温度变化的性质，随着温度的升高，荧光高能峰基本上不发生变化，而荧光低能峰随着温度的升高其强度逐渐增强，峰位发生明显的蓝移。以上的多孔硅发光现象不能用单纯的量子限域机制进行解释，实验结果表明它是由量子限域和多孔硅表面物质共同作用的结果。 第五章研究了多孔硅的三阶非线性光学特性。用Z一扫描技术在IO64run和532nm激光波长下对多孔硅的氯仿溶剂分散体系的光学非线性性质进行测量。在1064lun和532run激光波长下，多孔硅的实部均为一个正值，样品存在明显的非线性吸收，这种吸收与饱和吸收相对应。三阶非线性极化率的绝对值在IO64run和532lun激光波长下处分别是10一’3 esu和10一’4。su。实验结果说明量子限域效应是硅纳米颗粒产生大的三阶非线性的原因。