纳米硅

21世纪是高度信息化的时代，微电子信息处理的速度迅速发展，但逐步趋向极限。要有所突破，实现光电集成是必由之路。在硅片上实现光电集成从工艺和材料上看是最理想的方案，但受到以下限制:硅具有间接带隙，只能发射极微弱的红外光，长期以来被认为不适合于光子学应用，特别是不能用作在光子学中起关键作用的光源。1990年多孔硅的室温强可见光发射被发现，使人们看到了硅被应用于光子学光源的可能性。我们组近十年的研究一直以此为目标，坚持硅基发光材料和器件的基础研究.

(1)通过改变富硅量、退火条件等，控制氧化硅中硅纳米晶的尺寸及密度。文献认为出现硅纳米晶的临界温度是1000oC，而我们通过试验确定出现纳米晶的临界退火温度为900oC。右图是经900oC退火富硅量约为30%富硅氧化硅的高分辨电镜象。可以清楚硅纳米晶。图左上角是它的电子衍射图。

(2)首次观察到Au/(Ge/SiO2)超晶格/p-Si结构的电致发光。右图出四周期Ge/SiO2超晶格的高分辨电镜图。其中亮线为SiO2，厚度为2.0nm，Ge层厚为2.4nm。

(3)在硅衬底上用磁控溅射技术生长了纳米SiO2/Si/SiO2双势垒(NDB)单势阱三明治结构,首次实现Au/NDB/p-Si结构的可见电致发光。发现电致发光的峰位、强度随纳米硅层厚度(W)的改变作同步振荡，如右图所示。进一步试验和分析证明，振荡周期等于1/2载流子的deBroglie波长。用我们组提出的电致发光模型作了解释。

(4)首次在用磁控溅射生长的SiO2:Si:Er薄膜的基础上实现了波长为1.54μm(光通讯窗口)的Er电致发光。

(5)在热处理ITO/自然氧化硅/p-Si中首次获得低阈值电压的360nm的紫外电致发光，是已报道的最短波长的硅基电致发光。

主要用途:

可与有机物反应，作为有机硅高分子材料的原料

金属硅通过提纯制取多晶硅。

金属表面处理。

替代纳米碳粉或石墨，作为锂电池负极材料，大幅度提高锂电池容量

一、性能特点

白色乳液，无毒，无刺激味,不燃烧，PH值12，密度1.15~1.2。用于砖瓦、水泥、石膏、石灰、涂料、石棉、珍珠岩、保温板等基面上具有优异的防水抗渗效果。有防止建筑物风化、冻裂及外墙保洁、防污、防霉、防长青苔之功能;质量可靠，耐久性好，耐酸碱，耐候性优良，对钢筋无锈蚀，且使用安全，施工方便。砂浆抗渗性能≥S14，混凝土抗渗性能≥S18。技术性能符合JC474-1999[砂浆、混凝土防水剂]标准及JC/T902-2002标准

二、使用方法

1、喷涂施工:

使用前先将基面清理干净(特别是油污、青苔)，将纳米硅防水剂加8倍清水搅拌均匀，用喷雾器或刷子直接在干燥的基面上施工，纵横至少连续两遍(上一遍没干时施工第二遍)，对于1:2.5砂浆的毛面，大约可渗透1mm深，有效寿命可达5~10年，每公斤本剂每遍可施工约40~50m2,施工后24小时内不得受雨淋水浸，4℃以下停止施工。常温下干燥后即有优良的防水效果，一周后效果更佳(冬季固化时间较长)。试验表明:固化后的防水试块高温300℃反复锻烧20次及-18℃反复冷冻20次后，防水效果没有明显变化。稀释液现配现用，当天用完。

2、防水砂浆施工:

清理基层泥沙、杂物、油污等，灰砂比控制在1:2.5~3(425#硅酸盐水泥、中砂含泥量小于3%);纳米硅防水剂加水8-15倍(体积比)可直接用于配制防水砂浆，水灰比≤0.5，实际净防水剂用量占水泥的3~5%。抹防水层分两层施工(每层10mm厚);底层先抹素灰浆1mm，再抹防水砂浆层，初凝时压实，用木抹戳成麻面;抹第二层防水砂浆后赶光压实。按正常养护或喷洒本公司生产的水泥养护剂。

3、防水混凝土施工:

纳米硅防水剂加水45倍(体积比)直接配制混凝土即可。与普通混凝土的施工方法相同。施工后按正常养护或喷洒本公司生产的水泥养护剂。

4、渗漏维修施工:

原基层光面时需凿成麻面，清洗浮灰后，做素灰浆结合层，再抹防水砂浆层。正在漏水部位必须先堵漏止水。阴阳角要做成圆角，并压实。留茬要坡形(接茬宽度100~150mm)，接茬时先用素灰浆涂刷，再抹防水砂浆层。

三、注意事项

1、作外加剂冬季施工时，可与亚硝酸钠类防冻剂配合使用。

2、为一般性化学物品，施工人员在贮运及使用中应小心勿溅到面部，尤其不得溅入眼内，否则立即用大量清水冲洗或就医。操作时戴上乳胶手套、防护眼镜，穿好工作服，避免本剂接触皮肤。

3、使用中不得接触锌、铝、锡等较活泼金属，更不能用金属容器储存，以免发生化学反应引起产品变质及容器被腐蚀。

4、阴凉密封保存，贮运中防止雨淋或曝晒，冬季防止冰冻。保存期24个月，超过保存期检验合格仍可使用。

我们在硅衬底上设计了十来种硅/氧化硅纳米结构，实现了从近紫外到近红外的各主要波段(包括1.54和1.62μm)的光致发光和正向或反向偏压下的低阈值电压电致发光，并提出了受到广泛支持的光致发光和电致发光模型，这为最终实现硅基光电集成打下一定的基础。具有重要的科学意义和巨大的应用前景。

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