Summary
우리는 분석적으로 정의 된 다중 입자 포논 가둠 모델을 이용한 라만 분광기를 이용하여 정량 방식으로 반도체 나노 결정의 크기 분포를 결정하는 방법을 보여준다. 얻어진 결과는 투과 전자 현미경 및 광 발광 스펙트럼과 같은 다른 크기의 분석 기술과 우수한 일치한다.
Abstract
나노 결정의 크기 분포의 분석은 그 크기 의존성의 특성 및 처리 최적화 중요한 요구 사항이다. 크기 분석에 사용되는 일반적인 방법은 투과 전자 현미경 (TEM), X 선 회절 (XRD) 및 광 발광 스펙트럼 (PL)이다. 이러한 기술은, 그러나, 동시에 빠르고 비파괴에 나노 결정 크기 분포를 확실하게 분석하는 데 적합하지 않다. 본 연구에서 우리의 목적은, 사이즈 의존성 포논 가둠 효과의 대상이되어, 반도체 나노 결정의 크기 분포를 정량적으로 설명하기 라만 분광기를 이용하여 비파괴 빠르고 안정적인 방식으로 추정 될 수있다. 더욱이, 혼합 된 크기 분포는 별도로 프로브 될 수 있으며, 각각의 체적 비율은이 기술을 이용하여 추정 될 수있다. 크기 분포를 분석하기 위해, 우리는 하나의 입자 (P)와 PCM의 발현 분석을 공식화 한분석 된 나노 결정의 크기 분포를 나타내는 것이다 일반 분포 함수에 그것을 rojected. 모델 실험으로, 우리는 멀티 모달 크기 분포와 무료 서 실리콘 나노 결정 (SI-나노)의 크기 분포를 분석 하였다. 예상 크기 분포는 우리의 모델의 신뢰성을 공개, TEM 및 PL 결과와 잘 일치하고 있습니다.
Introduction
자신의 전자 및 광학 특성이 단순히 해당 여기자 - 보어 반경에 비해 범위의 크기를 변경하여 조정할 수 있습니다으로 반도체 나노 결정은 관심을 그립니다. (1)이 고유의 크기에 의존하는 다양한 기술 응용 프로그램에 대한 이러한 나노 관련합니다. 예를 들어, 반송파 곱셈 효과, 고 에너지 광자의 CdSe, 실리콘 및 게르마늄의 나노 결정에 의해 흡수 될 때, 태양 전지 분야에서 스펙트럼 변환의 개념에 사용될 수 관찰 2 - 4 또는 크기 - 의존적 광 방출 PBS-나노 및 Si-나노 다이오드 (LED) 애플리케이션을 발광에 이용할 수있다. -5,6- 나노 결정의 크기 분포에 대한 정확한 지식을 제어하므로 신뢰성에 결정적인 역할을하고이를 근거로이 기술의 애플리케이션의 성능을 재생할 나노 결정합니다.
치수 (d)에 대한 일반적으로 사용되는 기법나노 결정 istribution 및 형태 분석은 X 선 회절 (XRD), 투과형 전자 현미경 (TEM), 광 발광 스펙트럼 (PL), 및 라만 분광법으로 나열 될 수있다. XRD는 분석 자료의 형태 정보를 알 수 결정 기법이다. 회절 피크의 넓어짐으로부터, 나노 사이즈의 추정은도 7은 다소 명확한 데이터를 얻는 것은 일반적으로 시간 소모적 인 것이 가능하다. 또한, XRD은 나노 결정 크기 분포의 평균의 계산을 가능하게 할 수있다. 멀티 모달 크기 분포의 존재에서, XRD와 크기 분석은 오해의 소지가 될 수 있으며 잘못된 해석을 초래할. TEM은 멀티 모달 분포에서 개별 분포의 존재를 공개 할 수 있지만 TEM은 나노 결정의 촬상을 가능하게하는 강력한 기술이다.도 8에서, 샘플 준비 문제는 측정 전 소요되는 노력은 항상. 또한, 조밀 나노 작업서로 다른 크기의 크리스탈 앙상블 때문에 개별 나노 결정의 이미징 어렵 도전. 광 발광 스펙트럼 (PL)의 광학 분석 기술이며, 광학적으로 활성 인 나노 입자가 진단 될 수있다. 나노 결정 크기 분포는 크기 의존성 발광으로부터 얻어진다. 9 인해 간접 밴드 갭 나노 입자의 효과를 감금 될 수없는 큰 나노 결정 결함이 풍부한 작은 나노 결정들의 불량한 광학 특성을 PL과 관측 된 크기에 의해 검출 될 수없는 유통은 좋은 광학적 특성을 가진 나노 결정으로 제한됩니다. 이러한 전술 한 기술 각각은 그 자체의 장점을 가지고 있지만, 그 중 어느 것도로부터 이상화 된 크기 분석 기법 (즉 비파괴, 안정적인 고속 인이다)의 기대를 충족시키는 능력이 없다.
나노 결정의 크기 분포를 분석하는 또 다른 수단은 라만 분광기이다. 라만 분광법 널리 사용할 수 있습니다실험실에서의 대부분, 그리고 신속하고 비파괴적인 기술이다. 또한, 대부분의 경우에, 샘플 준비가 필요하지 않다. 라만 분광 분석 물질의 상이한 모폴로지 (결정질 또는 비정질)에 대한 정보를 얻기 위해 사용될 수있다 진동 기술, 및 (주파수 스펙트럼에 나타나는 포논 모드의 크기 - 의존적 시프트)에서 크기 관련 정보 인 . 10 라만 분광기의 고유 기능은 크기 - 의존적 변화가 주파수 스펙트럼의 변화, 포논 피크의 형상 (넓히고, 비대칭)로 관찰하면서 나노 결정 크기 분포의 형상에 관한 정보를 제공한다는 것이다. 따라서, 분석은 나노 결정의 크기 분포를 얻기 위해 라만 스펙트럼에서 필요한 정보, 즉, 평균 크기와 형상 계수를 추출 원리에있다. 멀티 모달 크기 분포의 경우 하위 분포 별도로 deconvolu 통해 식별 될 수있다실험 라만 스펙트럼의 기.
문헌에서, 두 이론 일반적 라만 스펙트럼의 형상에 나노 결정의 크기 분포의 영향을 모델링하기 위해 언급된다. 채권 극성 모델 (BPM) (11)는 그 크기 내의 모든 채권의 기여에서 나노 결정의 극성에 대해 설명합니다. 한 입자 포논 가둠 모델 (PCM) (10)는 특정 크기의 나노 결정의 라만 스펙트럼을 정의하는 사이즈 의존성 물리적 변수, 즉, 결정 운동량 포논 주파수 및 분산, 그리고 협착의 정도를 사용한다. 이들 변수들은 실제 크기에 의존하기 때문에, 명시 적으로 나노 크기의 함수로서 공식화 할 수 PCM의 분석적 표현은 정의 될 수있다. 일반적인 사이즈의 분포 함수에 대한이 식을 투영하기 때문에 nanocr를 결정하는데 사용될 수있다 PCM 내의 크기 분포의 효과를 설명 할 수있을 것이다실험 라만 스펙트럼에서 ystal 크기 분포. 12
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Protocol
1. 실험 기획
- 합성 또는 관심 (13) (그림 1a)의 나노 결정을 구하십시오.
- 기판 재료는 나노 결정 (그림 1a)의 라만 스펙트럼의 피크를 중복이없는 것을 확인하여 배경 신호에 혼란을 피하십시오.
- 라만 분광법 설정의 레이저를 켭니다. 레이저 강도를 안정화하기위한 충분한 시간 (약 15 분)을 기다립니다.
- 나노 물질의 부피 기준은 벌크 물질의 피크 위치로부터의 단계 2에 기재된 측정 다음 단계 (12) (도 1B), 상대적인 어긋남 12 견적을 분석하는 측정.
- 측정 할 예정 나노 결정에 서로 다른 능력을 사용하여 라만 측정에 필요한 레이저 파워를 추정한다. 충분한 신호 (에 피크 강도의 비율을 얻기 위해 가능한 최저 전력 측정을 시작배경 잡음)은 적어도 50 일, 필요한 경우 라만 피크는 동일한 12,13 유지 나노 결정의 위치 및 모양만큼, 레이저 전력을 증가한다.
관심의 나노 결정 2. 라만 분광학
- 측정 챔버로 기판 상에 증착 된 나노 결정 입자와 함께 샘플을 로딩.
주 : 기판 치수 (cm 수십 밀리미터 일 수있다)와 같은 그것이 샘플 홀더의 스테이지에 맞는만큼 중요하지 않다. 수십 나노 미터의 최소 라만 분광기에서 검출 된 신호를 가지고에서 분말 또는 박막 두께가 있어야한다. 평면 기판 홀더 스테이지, 간단히 광학계 (도 1b) 아래에 기판을 배치.- 반드시 "레이저"및 확인 "활성"조명 운영 레이저 불필요한 조명으로부터 안전하기 위해 도어를 열기 전에 떠난다. 이 표시등이 꺼져 있지 않은 경우, 단계 작업을 수행 (2)0.5 및 2.6. "연동"기호는 항상 켜져 있습니다.
- 를 눌러 "문 릴리스"및 측정 챔버의 문을 열고, 샘플 홀더 단계 (그림 1b)에 샘플을 넣어.
- 조정 샘플의 초점은 가능한 가장 높은 신호를 얻기 위해 측정한다.
- 50X 목표를 선택하고 나노 분말 (그림 1b)의 표면에 초점을 맞 춥니 다.
- 샘플 홀더의 z 방향 조작을 사용하여 초점에서 샘플을 가져와. 컴퓨터 화면에 라이브 카메라 뷰에서 포커스 된 이미지의 선명도를 확인합니다.
- 측정 챔버의 문을 닫습니다.
- Renishaw의 소프트웨어에서 "셔터 아웃"버튼을 클릭하여 셔터를 제거하고 샘플에 레이저 광 빛을 측정 할 수 있습니다. "레이저"및 "활성"징후가 지금 녹색으로 깜박 각각 빨간색으로 깜박 것을 관찰한다. s의 라이브 영상에서creen, 레이저는 눈에 보이는 (그림 1C)입니다.
- 라이브 이미지에서 미세 조정 최적의 초점 가장 작은 레이저 스폿은, 라이브 영상에서 관찰 될 때까지 휠 조작을 사용하여 샘플의 초점.
- (도 1D) 후술 Renishaw의 분석 소프트웨어로 측정을 설정한다.
- "측정"에서 새로운 스펙트럼 획득 옵션을 선택합니다.
- (A)의 (1, 30 초, 2 배와 같은 인수의 총 수, 및 0.5 %로서, 레이저 파워의 백분율로 측정 시간을 설정 - 팝업창에서 150-700센티미터 측정 범위를 설정할 25 mW의 레이저)를 측정하는 동안 사용된다. 매개 변수를 삽입하고, 윈도우가 닫힙니다에 동의합니다.
- 메뉴 바에서 수집 시작 버튼을 클릭하여 측정을 시작합니다. 측정하는 동안 "레이저"와 "활성"조명이 유지됩니다에.
- 이 빛은 레이저가 작동하고 측정이 수행되는로있을 때 측정 챔버를 열지 마십시오.
- 측정이 완료되면, Renishaw의 소프트웨어에서 버튼 "에서 셔터"를 클릭하여에 셔터를 넣어. "레이저"와 "활성"의 불빛이 꺼져 있는지 관찰한다. 를 눌러 "문 릴리스"다음 측정 챔버의 문을 엽니 다.
- 측정 시료 및 시료를 제거하는 확대 렌즈의 표면 사이의 안전 거리가 될 때까지 시료를 취출하기 전에, Z-매니퓰레이터와 시료 홀더 단계 하향 조정한다. 그런 다음, 그 용기로 다시 샘플을 넣어.
- 레이저를 끕니다.
- Renishaw의 소프트웨어 형식 ".wxd"에 데이터를 저장하고, 텍스트 파일 형식 "이 .txt". 후자는 실험 데이터의 분석에 사용한다.
3. 크기 DISTRIBUT관심 나노 결정의 이온 결정
- 나노 결정 측정을위한 측정의 텍스트 파일 및 벌크 참조를 연다.
- 데이터를 플로팅하기 전에, 큐빅 스플라인을 사용하여 평활화 한 상대적인 피크 시프트 좋은 비교를 위해 가장 높은 피크 위치 (1)에 데이터를 정상화.
- 실리콘 나노 결정과 기준 실리콘 데이터를 플롯 기준 규소의 피크 위치를 결정하고, 521cm -1의 실제 피크 위치에서 존재하는 경우, 시프트 량을 추정한다. (12)는 그 후이 .txt 등 가공 된 실리콘 나노 결정 데이터를 저장할 파일.
- 피팅 절차를 시작합니다.
- 피팅 절차를 들면, 티카 같은 분석 프로그램으로 그림 2 층에 표시된 피팅 함수를 입력합니다.
- "가져 오기"명령을 사용하여 비선형 피팅 모델의 입력으로 정규화 및 보정 데이터를 가져.
- 간격 있는지 확인비대칭 0.1과 1.0 사이이고, 평균 크기 간격은 2 nm 내지 20 nm의 사이에있다.
- 필요한 경우, 피팅 함수를 사용하여 측정 된 피크 아래에 추가적인 피크 (들)을 삽입하고 다른 서브 분포 (들)에 맞도록 단계 3.4.2 및 3.4.3을 반복한다.
- 눌러 피팅 절차를 수행하기 위해 "Shift + Enter를".
- 그 후, 평균 크기와도 2b에 도시 된 미리 정의 된 일반적인 분포 함수에 대한 비대칭 얻어진 값을 삽입.
- 그 후,도 2b에 도시 된 미리 정의 된 일반적인 분포 함수에, 평균 크기, D 0 및 사행도, σ에 대해 얻어진 값을 삽입한다.
- 1 나노 미터로 적분의 하한을 설정합니다. 라만 스펙트럼에서 어떤 변화 12 (SI-나노 20 나노 미터)를 나타내지 않는 크기를 통합의 상한을 설정합니다.
- 그림 2b의 분포 함수를 통합 D 대 플롯 Φ (D)의 크기 분포를 제공합니다. 대안 적으로, 크기가 D D 대 (예를 들어, 1-20 nm 인 1 증분 SI-NC에 대한 ㎚) 및 플롯 Φ (D)의 각 값에 대해 Φ (D) 값들의 세트를 찾기 유통.
- 멀티 모달 크기 분포가 존재하는 경우, 첫 번째 피크는 다른 크기 분포에 대한 설치하여야 정의합니다. 다음에, 제 (사이즈 분포 판정 절차) 측정 데이터 컨벌루션 후에 얻어진 각 피크의 영역을 발견하고 대한 각 피크의 면적 비율을 계산하여 서로에 대해 상이한 크기 분포의 부피 분율을 추정 총 라만 피크.
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Representative Results
크기 분석 도구로 라만 분광법을 사용하기 위해, 모델. 필요한 측정 된 라만 스펙트럼의 크기와 관련된 정보를 추출 2 분석 다중 입자 포논 가둠 모델을 요약도. 12 전체 둘레 의존 포논 가둠 기능 (도를 (2) c) 로그 정규 분포 함수로 선택 일반 크기 분포 함수 (도 2 (B)) 상에 투영된다. 반값 (도 2 E), 및 주파수 시프트 (도 2 (F))의 진폭 값 (도 2 (D))을, 전체 폭을 감안할 때, 이러한 모델이 성공적으로 크기 분포를 결정하는데 사용될 수있다.
도 3은 여러 부분의 사용을 상상한다icle 포논 제한 모델은 SI-나노 결정의 크기 분포를 (자세한 내용은 따를 것이다)를 결정합니다. TEM 이미지에 도시 된 바와 같이이 분석에 사용 된 실리콘 - 나노 결정은 크고 작은 실리콘 - 나노 결정의 바이 모달 (bimodal) 크기 분포를 가지고있다. (13) (여기서는 도시하지 않음) TEM 크기 분석, 작은 실리콘 - 나노 결정이 범위 2-에 분포를 갖기 위해 따르면 10 나노 미터, 대형 SI-나노 결정의 범위는 40 ~ 120 나노 미터의 분포를 가지고있다. 좌측 패널에서 라만 스펙트럼의 분석은 SI-작은 나노 결정의 크기 분포는 2-10 nm의 범위에서 참임을 알 수있다. 분포는 4.2 nm의 평균 크기를 갖는 로그 정규이며, 0.27의 사행 (형상 이방성 계수)와.
도 4는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (PECVD) 시스템에서 다른 전구체를 유입하여 합성 실리콘 - 나노 결정의 상세한 비교 분석을 나타낸다. 로 측정 된 라만 데이터를 피팅을 위해, 우리는 우리가 SI-NC 혼합물에 두 개의 하위 분포를 가지고 있음을 알고 두 피팅 함수를 사용했다. 시 이후20 나노 미터보다 큰 크기의 크기에 의존하는 피크 시프트를 표시하지 않습니다, 대량 같은 로렌 시안 피크는 "대형시로 표현이 경우 범위 40 ~ 120 nm의 (에있는 대형 SI-나노, 할당 할 수있다 -NCs "플롯에서). SI-작은 나노 결정을 위해, 우리는 (플롯 "SI-작은 나노 결정"로 표현) 피팅 함수로서 다중 입자 포논 가둠 모델을 사용했다. 평균 크기와 크기 분포의 비대칭은도 2b에서 설명한 입도 분포를 플롯하기 위해 필요한 파라미터이다이 맞는,로부터 수득된다. 이 피팅 함수는 피크 시프트가 더 이상 관찰되지되는 사이즈, 즉, SI-20 nm의 나노까지 통합 될 수있다. 결과 우리가 성공적 평균 크기, 비대칭도, 및 라만 분광법을 이용하여 실리콘 - 나노 결정의 전체 크기 분포 (패널 C 및 D)를 결정할 수 있음을 보여준다. 또한, SI-작은 나노 큰 SI-나노의 체적 분율은 통합 피크 면적의 비에 의해 결정될 수있다.10 SCCS의 SiH4 흐름의 경우에, 작은 SI-NC 부피 분율 인 반면 SI-나노 3 SCCS의 SiH4 유량, 작은 실리콘 - 나노 결정의 체적 분율 (초당 표준 cm3)를 사용하여 합성을 위해하면, 80 %이었다 88 %.
도 5는 다양한 기술에서 실리콘 - 나노 결정의 평균 입자 크기의 비교를 보여준다. 첫째, 우리의 분석-PCM 12 (별) PCM과 아주 잘 일치한다. 10 초, 라만 분광 분석에서 얻은 결과는 투과 전자 현미경 (TEM) 및 광 발광 스펙트럼 (PL)에서 얻은 결과와 잘 일치 ( PL의 크기 분포 Delerue 외. 16)의 모델을 이용하여 획득된다. 이것은 실리콘 - 나노 결정의 크기 분석을위한 분석-PCM에 라만 분광법을 사용하여 신뢰성을 입증한다. 또한, 우리는 또한 반도체 나노 결정의 크기 분석에 사용되는 BPM (11)를 보여준다.그림 5는 PCM이 크기에 의존하는 BPM이보다 더 나은 이동 라만에서 SI-NC의 크기를 예측하는 것이 결론.
도 1. 나노 입자의 표현 및 라만 분광기.) SI-나노 결정은 PECVD 도구를 사용 플렉시 유리 기판 상에 Ar / SiH4를 가스 혼합물에 퇴적. SI-은 나노 분말의 형태이다. 기판상의 톤 차이는 13 합성 중에 다른 플라즈마 영역에 노출되어 모폴로지 및 Si-NC 분말의 두께의 차이에 기인한다. SI-나노의 퇴적 형태 학적 라만 분광 측정을위한 준비가되어있다. 기판의 짧은 변을 2 ㎝이다. b) 기준 샘플, 즉, 결정질 Si 웨이퍼, 벌크 실리콘의 라만 피크 위치를 관찰하기 위해서 측정. 이 informatio를그들의 벌크 피크 위치로부터 SI-나노 결정의 상대 이동을 결정할 때 N 기준점으로 사용된다. 크기 결정 연구. d)에 데이터를 행하여 기록하기위한 소프트웨어의 스크린에 사용 라만 분광기 c) 이미지 분석.
그림 2. SI-나노 크기 분포. B와 SI-나노의.) 라만 강도) 액형의 SI-NC 크기 분포. C) 분석 표현을 결정하는 일반적인 크기 분포 함수의 크기 분포의 분석에 사용되는 공식 치수 (d). d) 진폭, E)의 전체 폭의 절반 최대치와 함께 SI-NC 용 입자 PCM F)를 명시 적으로 사이즈 D와 SI-NC의 진동 주파수 표현) C에 나타납니다.
도 3. 라만 분광 분석에서의 크기 분포를 나노 결정한다. 라만 분광법 등의 계측 데이터는 멀티 - 입자 분석을 사용하여 PCM 나노 결정 크기 분포를 정량적으로 전환시킬 수있다.
그림 4. 크기 및 Si-나노 결정의 체적 분율 분석. SI-나노 결정의 라만 스펙트럼은 PECVD A를 사용 툴), 3 SCCS 및 합성 b) 각각의 SiH4 (실란) 가스 흐름의 10 SCCS.) 및 b) 크고 작은 SI-NC에 대한 디컨 볼 루션 경로를 보여준다. 디컨 볼 루션 대량 같은 대형 SI-나노 및 멀티 입자 분석-P에 대한 로렌 시안 피크를 사용하여 수행됩니다작은 SI-나노에 대한 CM. 각각) 3 10 SCCS SiH4를 C에서 설명되는 흐름) 및 D에 대한 크기 분포와 작은 SI-나노의 볼륨 분수를 해당. 작은 SI-나노의 평균 크기는 패널 C는 0.26의 왜도 4.2 ㎚) 및 패널 D에 대한 0.30의 왜도 3.7 나노 미터)입니다. 볼륨 분수는 각각) 80 %와 패널 C)와 (D)에 대한 88 %로 추정된다.
다양한 기술에서 SI-나노 결정의 크기 분포의 그림 5. 비교. SI-나노 라만 분광법을 사용하여 다양한 기술 (TEM 및 PL 16) 및 크기 분석을 사용하는 크기 분석은 우수한 합의 결과. 결과는 또한 PCM은 BPM에 대해보다 정확한 크기 결정에 이르게 함을 입증. 이 그림은 할 수있다도중 심판에서 수정했습니다. 물리학의 미국 연구소의 허가 12.
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Discussion
먼저 논의 점 프로토콜 내에서 중요한 단계이다. 관심 물질과 겹치는 피크를하지 않게하기 위해, 단계 120에서 설명한 바와 같이, 기판 재료의 다른 형태를 사용하는 것이 중요하다. SI-NC에 관심있는 경우, 예를 들면, 라만 측정에 실리콘 기판을 사용하지 않는다. 도 1에서, 예를 들면, SI-나노 대략적 관심 범위의 주위에 완전히 평평 신호를 갖는 플렉시 유리 기판, 즉, 480~530cm에 합성 - 1. 또한 이동 될 수 있기 때문에, 단계 140에서 설명한 바와 같이 나노 결정 - 관련 피크의 시프트를 추정하는 벌크 기준 신호를 측정 할뿐만 아니라, 그 동작에 따라, 또한 벌크 재료의 피크의 정확한 위치를 찾는 것이 중요 라만 분광기의 환경 조건. SI-나노 결정의 경우에있어서, 기준 샘플은 t 알려진 결정질 실리콘 웨이퍼이며,. (1) (12) 그러나,이 주위 조건 및 강도 좋아하는 운영 레이저의 온도의 결과로서 시프트시킬 수 - O 521cm에서 횡 광학 (TO)의 모드를 가지고있다. 따라서, 측정하기 전에 기준 데이터마다 시간을 기록하고, 문헌에서 공지 된 피크 위치와 관련하여 해결하는 것이 중요하다. 높은 레이저 파워가 나노 결정을 가열하고, 라만 스펙트럼에서의 레이저 유발 시프트 초래할 그 크기를 변경할 수있다. 따라서, 단계 150에서의 설명에 따라 안심하고 사용할 수있는 최대의 레이저 파워를 결정하는 것이 중요하다. 피팅 함수로 단계 3.4.3의 추정 된 평균 크기 및 사행도를 삽입하면 측정 된 라만 스펙트럼의 형상을 커버 할 수없는 경우, 분석 물질은 하위 분포로 구성된다는 것을 의미한다. 그런 다음 피팅에 대한 추가 피크를 추가 다시 단계 3.4.2과 3.4.3를 반복합니다. 적분 보운의 결정크기 분포에 대한 daries (단계 3.4.7)은 또 다른 중요한 포인트입니다. 분포 함수의 적분의 경계는 나노 결정의 크기 분포에서 가장 작고 가장 큰 크기를 나타낸다. 1 nm의 나노 결정 시스템의 대부분 작은 안정된 크기이다. 크기 - 의존적 시프트 량 나노 크기의 증가에 따라 감소함에 따라 (17)에 어떤 변화를 나타내지 않는 임의의 크기로 통합의 상한을 설정할 라만 스펙트럼 (단계 3.4.8). 예를 들면, SI-나노가 라만 스펙트럼에서 임의의 시프트를 나타내지 않는 내지 20 nm보다 큰 크기로, 그들은 대량 같은 동작을 닮은. 10,12 따라서, SI-나노보다 큰 어떤 크기로 일체의 상부 경계를 설정하기위한 20 nm의 결과를 변경하지 않습니다.
PCM은 복잡한 표현을 통해 나노 결정의 크기에 의존하는 라만 피크를 설명합니다. 사실, PCM은 포논 분산 협착 기능, VIB에 의존모든 암시 적으로 크기, D에 의존하는 비율 주파수. 또한, PCM이 특정 크기이고, 크기 분포를 결정하기 위해서는, 일반 분포 함수에 투영되도록하고 크기 범위에 걸쳐 적분 얻을 갖는다. 이 절차는 현재, 대부분 experimentalists로서 측정 된 라만 피크 시프트로부터 SI-나노 결정의 평균 크기를 결정하기 위해 라만 분광을 이용 하였다 복잡까지이다. 한편, 우리가 공식화 한 멀티 - 입자 분석-PCM은 명시 적 매개 변수 크기, D를 포함하고 수 평균 크기뿐만 아니라, 완전한 분포뿐만를 결정하고 간단한 방식으로 형성하게 라만 분광법을 사용하여.
이미 발견 된 바와 같이, 라만 분광법시 약 20 ㎚이다 한정 한도 내에서 나노 결정의 크기 분포를 결정할 수있다. 그들은 사이즈 -을 나타내지 않는 큰 크기는 그 크기 분포에 대해 분석 할 수없는라만 스펙트럼, 즉에 따라 기능, 그들은 유사한 피크 모양과 벌크 결정시와 같은 위치를 가지고있다. 이 제한은 라만 스펙트럼의 크기 - 의존적 피크 시프트를 나타내는 나노 시스템의 모든 유형을 보유하고있다. 그러나, 감금 제한은 나노 결정 시스템에 따라 달라질 수 있습니다. 예를 들어, GE-NC에 대한 한정 한계는 약 15 ㎚이다. 18
나노 결정의 크기 분석에서 관심 때문에 라만 분광기를 이용하여 크기 잘못된 해석을 초래할 수 이차 원인의 나노 결정의 라만 피크 시프트이다. 이러한 이유로 이차 구조적 변형 라만 측정시 과도한 레이저 출력 하에서 나노 결정 (결정 성장이나 형상 변화), 및 나노 결정 (있는 경우)을 포함하는 매트릭스에 의해 유도 된 응력이다. 레이저 과도한 가열을 방지하기 위하여, 가능한 가장 낮은 레이저 파워로 측정을 시작하고 증가 권장점차 명확한 신호를 설정합니다. 한 피크 형상 및 위치가 사용될 레이저 파워의 안정된 독립을 유지 한, 사용되는 레이저 전력이 안전 한계에 있다고 생각할 수있다. (13) 또한, 제한이있는 이상, 라만 피크의 가열 관련 넓어이다 관찰이 파노의 폭이 넓어과 문학에 정의되어 있습니다. 12,19을만큼 파노 확대 한계에 도달하지 않는 한, 나노 입자는 난방 관련 수정이 적용되지 않습니다. 스트레스 관련 피크 시프트가 존재하는 경우, 피할 수 있으며, 크기 의존성 피크 시프트를 결정하기 전에 고려되어야한다. 스트레스의 양은 회절 피크 위치의 변화는 응력의 측정은 X 선 회절 (XRD)을 사용하여 결정될 수있다. 예상 응력이어서. 스트레스 의존적 피크 시프트 용어 첨가 라만 스펙트럼에서 설명 될 수있는 스트레스는 XRD에서 관찰되지 않은 경우 (18)는 크기 분포의 분석을 직접 행할 수있다계측 등의 라만 스펙트럼에서. 모든 나노 입자가 안정한 구조를 가지고 있기 때문에 이전에 관찰 된 바와 같이, 14은 결정 성이 잘 확립되어, 불량한 결정 구조와 관련된 문제는 라만 분석을 위해 배제된다.
멀티 - 입자 분석은 PCM이 분포 함수 및 사용 제한 기능의 관점에서 유연성이도 2에 보여 주었다. 예를 들어, 일반 분포 함수의 임의의 타입은, 로그 정규 분포 함수로 대체 될 수 포논 가둠 기능에 영향을주지 않고, 정상 로그 정규, 또는 로지스틱 함수가 될 수있다, 즉. 또한, 분석 PCM-2 (C)가 사용하는 재료의 종류에 따라 다시 정의 될 수도에서 보여 주었다. (크기에 의존 라만 피크 변화를 나타내는 일부 나노 결정 시스템 있도록 자신의 크기 분포 할 수또한 GE-나노, 20 산화 주석 2 -NCs, 21 이산화 티탄 -NCs, 22, 다이아몬드 나노)는 라만 분광법을하고 있습니다 사용하여 측정 될 수있다. (23)
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Raman Spectroscopy | Renishaw | In Via | Equipped with 514 nm Ar ion laser |
| Wire 3.0 | Renishaw | Raman spectroscopy record tool | |
| Mathematica | Wolfram | For fitting function and size determination | |
| Substrate | Plexiglass (to avoid signal coincidence with Si-NCs) | ||
| Si wafer | Reference to Si-NC peak position | ||
| Photoluminescence Spectroscopy | 334 nm Ar laser. For optical size distribution. | ||
| Transmission Electron Microscopy | Beam intensity 300 kV. For nanocrystal size and morphology determination. |
References
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