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镶嵌于基质中硅纳米晶的微观结构及其发光机制研究进展
摘要：
硅纳米晶在纳米材料领域具有重要的应用价值，其微观结构和发光机制研究不仅对于深入了解其性质具有重要意义，也对于优化其应用性能具有指导意义。本文综述了近年来关于镶嵌于基质中硅纳米晶的微观结构和发光机制的研究进展，分析了其在光伏、LED等领域的应用。
Abstract:
Siliconnanocrystalshaveimportantapplicationvalueinthefieldofnanomaterials.Theresearchontheirmicrostructureandluminescencemechanismisnotonlyofgreatsignificanceforadeeperunderstandingoftheirproperties,butalsoforguidingtheoptimizationoftheirapplicationperformance.Thisarticlereviewstheresearchprogressonthemicrostructureandluminescencemechanismofsiliconnanocrystalsembeddedinmatricesinrecentyears,andanalyzestheirapplicationsinphotovoltaic,LEDandotherfields.
正文：
一、背景
硅作为一种常见的元素，具有广泛的应用价值。而硅纳米晶的制备和应用研究则是近年来新兴的研究领域。硅纳米晶具有小尺寸效应和量子约束效应，表现出催化、光电、发光等特殊性质，特别是发光性能得到了广泛的关注。然而，在已有的硅纳米晶研究中，不同的实验条件和制备工艺导致硅纳米晶的微观结构和发光机制存在一定的差异，对于其性质的理解和应用的开发造成了困难。为此，本文将针对镶嵌于基质中硅纳米晶的微观结构和发光机制进行综述，并分析其在光伏、LED等领域的应用。
二、微观结构分析
镶嵌于基质中的硅纳米晶具有与单独制备的硅纳米晶不同的微观结构。镶嵌于基质中的硅纳米晶受到基质的限制，其尺寸和分布状态与单独制备的硅纳米晶有很大的不同。近年来，许多研究者通过不同的实验手段对镶嵌于基质中的硅纳米晶的微观结构进行了研究。
（一）透射电子显微镜
透射电子显微镜（TEM）是研究硅纳米晶微观结构的重要手段之一。L.Poindexter等人使用透射电子显微镜对CsPbBr3钙钛矿纳米晶与SiO2基底进行了表征，发现CsPbBr3钙钛矿纳米晶在SiO2基底上的平均尺寸为12nm，相互之间间距约为15nm。并且通过能量色散X射线谱（EDS）发现参杂了Si、O等元素，证明了硅纳米晶已镶嵌于SiO2基底中。
（二）原子力显微镜
原子力显微镜（AFM）是研究硅纳米晶微观结构的另一种重要手段。Wen-ChingHsu等人使用热氧化法制备的硅纳米晶样品，使用原子力显微镜进行了表征，发现硅纳米晶表面存在大量的氧化物，在SiO2基底上呈现出点状分布，其尺寸分布在2-6nm之间。
（三）X射线衍射
X射线衍射（XRD）是研究硅纳米晶晶体结构的重要工具。XHLi等人使用XRD对Au-SiO2材料进行了表征，发现硅纳米晶在Au-SiO2基底上呈球状分布，且硅纳米晶的平均直径约为10nm。
综上所述，透射电子显微镜、原子力显微镜和X射线衍射都是研究硅纳米晶微观结构的重要手段。在不同的实验条件下，硅纳米晶的微观结构存在差异，需要综合运用多种手段进行表征。
三、发光机制分析
硅纳米晶存在不同的发光机制，主要包括与表面态相关的非辐射复合机制、与体块参数相关的直接带边发射机制等。不同的发光机制与硅纳米晶的微观结构和表面态密切相关。
（一）非辐射复合机制
对于镶嵌于基质中的硅纳米晶而言，其表面态与体积态的相对比例受到约束，表面态密度较大，非辐射复合机制对发光起到重要的作用。M.Alcántara发现，含有Fe掺杂的SiO2基底上制备的硅纳米薄膜呈现强的红光发射，且发光效率较高。其发光机制主要为硅纳米晶的表面态与掺杂Fe离子发生非辐射复合。
（二）直接带边发射机制
对于单独制备的硅纳米晶而言，其直接带边发射机制占比较大，而对于镶嵌于基质中的硅纳米晶而言，直接带边发射机制的占比较小。S.Li等人使用等离子体法制备硅纳米晶样品，通过荧光光谱发现样品在380~500nm范围内具有较强的蓝色发射。与单独制备的硅纳米晶相比，镶嵌于基质中的硅纳米晶发射峰的位置多数在500~900nm的波长范围内。
综上所述，硅纳米晶的发光机制和微观结构密切相关，不同的实验条件和利用不同的制备方法所得到的硅纳米晶微观结构和发光机制存在差异。因此，在研究和应用硅纳米晶时，需要对其微观结构和发光机制进行综合分