Opticheskie svoystva kremnievykh nanonitey, poluchennykh metodom metall-stimulirovannogo khimicheskogo travleniya s ispol'zovaniem zolotykh nanochastits
- Authors: Gonchar K.A1, Bozh'ev I.V1, Shalygina O.A1, Osminkina L.A1
-
Affiliations:
- Issue: Vol 117, No 1-2 (1) (2023)
- Pages: 115-120
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0370-274X/article/view/145121
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1234567823020052
- EDN: https://elibrary.ru/OEFUVY
- ID: 145121
Cite item
Abstract
Кремниевые нанонити (КНН), благодаря их уникальным структурным и физическим свойствам, являются перспективным материалом для использования в электронике, фотовольтаике, фотонике, сенсорике и биомедицине. Несмотря на множество методов, доступных для синтеза КНН, металл-стимулированное химическое травление (MСХТ) сегодня является одним из наиболее перспективных для их экономически эффективного производства. В большинстве работ в качестве катализатора химической реакции травления кристаллического кремния используют наночастицы серебра. Однако использование золотых наночастиц в МСХТ может существенно повлиять на морфологию и оптические характеристики получаемых образцов. В представленной работе КНН синтезированы методом МСХТ кристаллического кремния с использованием золотых наночастиц. Показано с помощью методов растровой и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, что полученные нанонити имеют диаметр ~ 100 нм и представляют собой ~ 50 нм кристаллический стержень, покрытый ~ 25 нм слоем SiO2, на границе которых присутствуют кремниевые нанокристаллы. Пористость массивов КНН оценивалась из их спектров зеркального отражения, и рассчитывалась с помощью модели эффективной среды Бруггемана, и составляет 70 %. При этом образцы демонстрируют крайне низкое (3-7 %)полное отражение в спектральной области 250-1000 нм, увеличение интенсивностей межзонной фотолюминесценции и комбинационного рассеяния света по сравнению с исходной подложкой кристаллического кремния, за счет эффекта локализации света. Кроме того, обнаружена фотолюминесценция нанонитей в области 500-1000 нм с максимумом на 700 нм, что объясняется излучательной рекомбинацией экситонов в кремниевых нанокристаллах с размером 3-5 нм.
About the authors
K. A Gonchar
Email: k.a.gonchar@gmail.com
I. V Bozh'ev
O. A Shalygina
L. A Osminkina
References
- A. S. Kalyuzhnaya, A. I. E mova, L. A. Golovan, K. A. Gonchar, V. Y. Timoshenko, Silicon nanomaterials sourcebook: Volume II: Arrays,functional materials, and industrial nanosilicon, CRC Press-Taylor & Francis Group, London (2017), p. 3.
- R. S. Wagner and W. C. Ellis, Appl. Phys. Lett. 4, 89 (1964).
- J. E. Allen, E. R. Hemesath, D. E. Perea, J. L. Lensch-Falk, Z. Y. Li, F. Yin, M. H. Gass, P. Wang, A. L. Bleloch, R. E. Palmer, and L. J. Lauhon, Nat. Nanotechnol 3, 168 (2008).
- K. Q. Peng, Y. J. Yan, S. P. Gao, and J. Zhu, Adv. Mater. 14(16), 1164 (2002).
- K. Q. Peng, J. J. Hu, Y. J. Yan, Y. Wu, H. Fang, Y. Xu, S. T. Lee, and J. Zhu, Adv. Funct. Mater. 16(3), 387 (2006).
- K. Q. Peng, A. J. Lu, R. Q. Zhang, and S. T. Lee, Adv. Funct. Mater. 18(19), 3026 (2008).
- V. A. Sivakov, F. Voigt, A. Berger, G. Bauer, and S. H. Christiansen, Phys. Rev. B 82(12), 125446 (2010).
- A. E mova, A. Eliseev, V. Georgobiani, M. Kholodov, A. Kolchin, D. Presnov, N. Tkachenko, S. Zabotnov, L. Golovan, and P. Kashkarov, Opt. Quantum Electron. 48, 232 (2016).
- L. A. Golovan, K. A. Gonchar, L. A. Osminkina, V. Yu. Timoshenko, G. I. Petrov, and V. V. Yakovlev, Laser Phys. Lett. 9(2), 145 (2012).
- К. А. Гончар, Л. А. Головань, В. Ю. Тимошенко, В. А. Сиваков, С. Кристиансен, Изв. РАН. Серия физическая 74(12), 1782 (2010)
- K. A. Gonchar, L. A. Golovan, V. Y. Timoshenko, V. A. Sivakov, and S. Christiansen, Bull.Russ. Acad. Sci. Phys. 74(12), 1712 (2010).
- В. А. Георгобиани, К. А. Гончар, Л. А. Осминкина, В. Ю. Тимошенко, ФТП 49(8), 1050 (2015)
- V. A. Georgobiani, K. A. Gonchar, L. A. Osminkina, and V. Yu. Timoshenko, Semicond. 49(8), 1025 (2015).
- S. S. Bubenov, S. G. Dorofeev, A. A. Eliseev, N. N. Kononov, A. V. Garshev, N. E. Mordvinova, and O. I. Lebedev, RSC Adv. 8(34), 18896 (2018).
- A. I. E mova, E. A. Lipkova, K. A. Gonchar, D. E. Presnov, A. A. Eliseev, A. V. Pavlikov, and V. Yu. Timoshenko, J. Raman Spectrosc. 51(11), 2146 (2020).
- P. Gorostiza, R. Diaz, M. A. Kulandainathan, F. Sanz, and J. R. Morante, J. Electroanal. Chem. 469(1), 48 (1999).
- X. Li and P. W. Bohn, Appl. Phys. Lett. 77(16), 2572 (2000).
- S. Chattopadhyay, X. Li, and P. W. Bohn, J. Appl. Phys. 91(9), 6134 (2002).
- V. A. Sivakov, G. Bronstrup, B. Pecz, A. Berger, G. Z. Radnoczi, M. Krause, and S. H. Christiansen, J. Phys. Chem. C 114(9), 3798 (2010).
- M. K. Dawood, S. Tripathy, S. B. Dolmanan, T. H. Ng, H. Tan, and J. Lam, Appl. Phys. 112, 073509 (2012).
- I. V. Bagal, M. A. Johar, M. A. Hassan, A. Waseem, and S.-W. Ryu, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 29, 18167 (2018).
- F. J. Wendisch, M. Rey, N. Vogel, and G. R. Bourret, Chem. Mater. 32(21), 9425 (2020).
- S. Wang, H. Liu, and J. Han, Coatings 9, 149 (2019).
- B. Li, G. Niu, L. Sun, L. Yao, C. Wang, and Y. Zhang, Mater. Sci. Semicond. Proc. 82, 1 (2018).
- M. Bechelany, E. Berodier, X. Maeder, S. Schmitt, J. Michler, and L. Philippe, ACS Appl. Mater.Interfaces 3(10), 3866 (2011).
- A. D. Kartashova, K. A. Gonchar, D. A. Chermoshentsev, E. A. Alekseeva, M. B. Gongalsky, I. V. Bozhev, A. A. Eliseev, S. A. Dyakov, J. V. Samsonova, and L. A. Osminkina, ACS Biomater. Sci. Eng. 8(10), 4175 (2021).
- B. Rossi, Optics, Addison-Wesley, Reading, MA (1957).
- D. A. G. Bruggeman, Ann. Phys. (Leipzig) 416(7), 636 (1935).
- G. Ledoux, O. Guillois, D. Porterat, C. Reynaud, F. Huisken, B. Kohn, and V. Paillard, Phys. Rev. B 62(23), 15942 (2000).