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J. Chim. Phys.
Volume 93, 1996
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Page(s) | 641 - 649 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/jcp/1996930641 | |
Published online | 29 May 2017 |
Visible light emission from porous silicon under optical and electrical excitation
Groupe Silicium Poreux, laboratoire de spectrométrie physique (UA CNRS 08), université Joseph-Fourier de Grenoble, BP 53X, 38041 Grenoble cedex, France.
The main characteristics of porous silicon and the different charge exchanges involved in the formation of the material upon silicon anodisation in concentrated HF electrolytes are shortly recalled. The main features of the photoluminescence in the visible range which is observed at room temperature from high porosity layers are described. It is shown that the visible light emission can be analysed as the result of the quantum confinement of photogenerated charge carriers in the nanoscale crystallites which form the material. The electroluminescence which is obtained when the porous layer is in contact with an electrolyte is described in more details. It is shown that light emission can be observed either under anodic polarisation, but with a simultaneous oxidation of the layer, or under cathodic polarisation if a strong oxidising species is added to the electrolyte. In these conditions, a selective excitation of the material can be achieved, which leads to a voltage tunable electroluminescence signal. In a similar manner, the application of a polarisation can lead to a reversible highly contrasted and energy-selective quenching of the porous layer photoluminescence.
Résumé
On rappelle tout d'abord brièvement les caractéristiques du silicium poreux, ainsi que la nature des échanges de charge mis en jeu lors de l’élaboration du matériau par anodisation du silicium monocristallin en milieu acide fluorhydrique (HF) concentré. On décrit ensuite les différents aspects de la photoluminescence dans le visible qui est observée à température ambiante dans les couches de porosité élevée pour montrer que cette propriété peut s'interprèter comme le résultat du confinement quantique des porteurs de charge dans les cristallites de dimensions nanométriques qui constituent le matériau. On présente ensuite plus en détail l'électroluminescence obtenue quand le contact électrique avec la couche poreuse est assuré par un électrolyte. Cette émission peut être obtenue sous polarisation anodique, mais avec oxidation simultanée de la couche poreuse, ou bien sous polarisation cathodique en présence d'espèce électroactive dans la solution. Dans ces conditions, il est possible de réaliser une excitation électrique sélective du matériau qui permet d'obtenir un signal d'électroluminescence accordable en longueur d'onde par un simple ajustement de la tension d'excitation. On montre également que l'on peut réaliser grâce à la polarisation électrique une extinction progressive et sélective en longueur d'onde de la photoluminescence de couches poreuses.
Key words: Porous silicon / photoluminescence / electroluminescence
Mots clés : silicium poreux / photoluminescence / électroluminescence
© Elsevier, Paris, 1996