文献综述
一、多孔硅简介
多孔硅（Porous Silicon简称PSi）是指硅晶间有大量孔洞的硅材料，可通过单晶硅片在溶液中进行阳极氧化制得。多孔硅的表面是一层具有高纵横比、相互隔绝或连通的、与表面垂直的纳米硅晶, 是具有以纳米硅原子簇为骨架的海绵状结构的新型功能材料，不同于传统的硅材料，它能够呈现直接带隙半导体的特性。
1.1多孔硅的研究历史
最早关于多孔硅制备的报道在20世纪五十年代。1956年美国的贝尔实验室研究员uhlir在研究用电解质溶液腐蚀锗的过程中发现了一层不光滑的黑色物质沉积在阳极氧化的硅样品表面，并猜想它们是一种硅的低价氧化物。1958年Turner在研究阳极氧化法成膜的机理发现，电抛光发生在一个临界电流密度之上，而在阳极氧化的电流密度低于临界电流密度时，出现了一层桔红色的玻璃状物质，而且发现它是硅的非晶含氟化合物，于是他推测这是硅在阳极氧化过程中形成的低价氟化物。1970年TheuniSSen首次在n型硅片上制备了大孔多孔硅并报道了孔与硅片晶向的关系。1975年Watanabe发现p型单晶硅上生长的多孔硅具有晶体结构。1977年Artia和Sunohara发现在n型单晶硅上生长的多孔硅具有双层结构，这让他们得出硅片被腐蚀的部分形成了孔，残留下来的部分形成了多孔硅的结论。然而，当时多孔硅仍未引起人们的重视，只是被作为热绝缘材料使用。直到1990年英国科学家Canham发现室温下多孔硅表面在紫外光和氢离子激光照射下具有强烈的可见光致发光，随后他的研究小组还发现多孔硅具有包括桔黄、黄色、绿色等可见光致发光，多孔硅才引起了科技界的热烈关注，并掀起了学术界的多孔硅研究热潮。
硅长期以来作为重要的半导体材料，一直是电子器件和大规模集成电路的基材，然而由于其间接能带结构及能带带隙窄小在光致发光和电致发光方面量子效率十分低下。近红外区域光发射硅材料在光电器件方面的应用十分有限。虽然人们通过在硅中人为地引入起到发光中心作用的杂质和缺陷以及利用宽带隙硅化合物如一来提高发光效率和光发射能量但效果并不十分理想。室温下多孔硅可见发光现象的发现为硅材料在光电子学领域中的应用开辟了新天地，更重要的是可望制备出成本低廉的全硅光电子器件，建立把光电子学与微电子学集成于一块硅片之上的硅基光电子学。其次，人们还发现由于多孔硅表面具有密布的微孔，活的有机体能够容忍它，活的细胞和骨骼可以在它的表面生长而不会引起生物体的排异反应，使其在生物医学方面有很好的应用前景。再者，由于多孔硅表面密布微孔，具有很大的比表面积，可以在燃料电池的电极材料上用作燃料的吸附体。科学家们从多孔硅的原理、工艺、应用和分析测试各个角度加以探索，构成了硅材料研究的一个新的热点方向。
1.2多孔硅的形成机理
从 1956 年 Uhlirs对硅晶片进行化学抛光时发现多孔硅以来，多孔硅的形成机制就一直备受科学家的关注。到目前为止，被研究者公认的形成机制主要有四种不同的模型：载流子扩散限制模型、Beale 耗尽模型、量子力学模型和统一模型。
1.2.1载流子扩散限制模型
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