Caractérisation des nanocristaux Distribution de la taille en utilisant la spectroscopie Raman avec un multi-particules Phonon Confinement Modèle

Summary

Nous démontrons comment déterminer la distribution de taille des nanocristaux semi-conducteurs de manière quantitative en utilisant une spectroscopie Raman en utilisant un modèle de confinement phonon multi-particule définie analytiquement. Les résultats obtenus sont en excellent accord avec les autres techniques d'analyse de taille, comme la microscopie électronique à transmission et spectroscopie de photoluminescence.

Abstract

L'analyse de la distribution de taille de nanocristaux est une exigence critique pour la transformation et l'optimisation de leurs propriétés de taille-dépendante. Les techniques couramment utilisées pour l'analyse de la taille sont la microscopie électronique à transmission (TEM), diffraction des rayons X (DRX) et spectroscopie de photoluminescence (PL). Ces techniques, cependant, ne sont pas appropriées pour l'analyse de la distribution de taille des nanocristaux dans un rapide, non destructive et de façon fiable en même temps. Notre objectif dans ce travail est de démontrer que la distribution de taille des nanocristaux semi-conducteurs qui sont soumis à des effets phonon confinement dépendant de la taille, peut être estimé quantitativement de manière non destructive, rapide et fiable en utilisant la spectroscopie Raman. En outre, les distributions de formats différents peuvent être sondées séparément, et leurs rapports volumétriques respectives peuvent être estimées en utilisant cette technique. Afin d'analyser la distribution de taille, nous avons formulized une expression analytique de PCM-particule et une projected il sur une fonction de distribution générique qui représentera la distribution en taille des nanocristaux analysé. Comme une expérience modèle, nous avons analysé la distribution des tailles des nanocristaux de silicium autoportants (Si-CN) avec des distributions de taille multi-modales. Les distributions de taille estimés sont en excellent accord avec les résultats TEM et PL, révélant la fiabilité de notre modèle.

Introduction

Nanocristaux semi-conducteurs attirent l'attention que leurs propriétés électroniques et optiques peuvent être réglés en changeant simplement leur taille dans la gamme par rapport à leurs rayons exciton-Bohr respective. ¹ Ces caractéristiques uniques de taille dépendant font ces nanocristaux pertinente pour diverses applications technologiques. Par exemple, les effets support de multiplication, observé quand un photon d'énergie élevée est absorbée par les nanocristaux de CdSe, Si et Ge, peut être utilisé dans le concept de la conversion du spectre dans des applications de piles solaires; ^{2 -} émission optique ⁴ ou dépendant de ....

Protocol

1. Planification des expériences

1. Synthétiser ou obtenir les nanocristaux d'intérêt ¹³ (figure 1a).
2. Éviter toute confusion avec le signal de fond en faisant en sorte que la matière de substrat ne possède pas de chevauchement des pics dans le spectre Raman des nanocristaux (figure 1A).
3. Allumez le laser de la configuration de la spectroscopie Raman. Attendre le temps (environ 15 min) pour l'intensité du laser de se stabiliser.
4. Mesurer une référence majeure du nanomatériau à analyser ¹² (figure 1b), en suivant les étapes de mesure décrites à l'éta....

Results

Afin d'utiliser la spectroscopie Raman comme un outil d'analyse de taille, un modèle pour extraire l'information relative à la taille à partir d'un spectre de Raman mesuré est nécessaire. La figure 2 résume le modèle analytique phonon confinement multi-particule. Fonction phonon de confinement ¹² All-taille-dépendante (Figure 2 c) est projetée sur une fonction de distribution de la taille générique (figure 2 b), qui est choisie en fonction de la distribution .......

Discussion

Premier point de discussion est les étapes critiques dans le protocole. Afin de ne pas avoir des pics qui se chevauchent avec le matériau d'intérêt, il est important d'utiliser un autre type de matériau de substrat tel que mentionné à l'étape 1.2. Par exemple, si Si-CN sont d'intérêt, ne pas utiliser substrat de silicium pour les mesures Raman. Dans la figure 1 a, par exemple, Si-CN ont été synthétisés sur des supports en plexiglas, qui a le signal complètement plat peu .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Spectroscopie Raman	Renishaw	In Via	Equipé d’un laser ionique Ar 514 nm
Fil 3.0	Outil d’enregistrement de spectroscopie Raman	Renishaw
Mathematica	Wolfram		Pour la fonction d’ajustement et la détermination de la taille
Substrat Plexiglas			(pour éviter la coïncidence du signal avec les Si-NCs)
Siwafer			Référence au laser Ar
		photoluminescence	. Pour la distribution optique de la taille.
Microscopie			Intensité du faisceau 300 kV. Pour la détermination de la taille et de la morphologie des nanocristaux.