Caratterizzazione di nanocristalli Dimensione distribuzione utilizzando Spettroscopia Raman con un Multi-particella Phonon confinamento Modello

Sommario

Dimostriamo come determinare la distribuzione delle dimensioni dei nanocristalli semiconduttori in modo quantitativo utilizzando la spettroscopia Raman impiegando un multi-particella modello fononi confinamento analiticamente definiti. I risultati ottenuti sono in ottimo accordo con le altre tecniche di analisi dimensione come microscopia elettronica a trasmissione e la spettroscopia di fotoluminescenza.

Abstract

L'analisi della distribuzione delle dimensioni nanocristalli è un requisito fondamentale per l'elaborazione e l'ottimizzazione delle loro proprietà dipendenti dalle dimensioni. Le tecniche comuni utilizzati per l'analisi dimensioni sono microscopia elettronica a trasmissione (TEM), diffrazione di raggi X (XRD) e la spettroscopia di fotoluminescenza (PL). Queste tecniche, tuttavia, non sono adatti per analizzare la distribuzione delle dimensioni dei nanocristalli in un facile, non distruttivo e maniera affidabile allo stesso tempo. Lo scopo del nostro lavoro è quello di dimostrare che la distribuzione delle dimensioni nanocristalli semiconduttori che sono soggetti a effetti fonone confinamento dipendenti dalle dimensioni, può essere stimato quantitativamente in modo non distruttivo, veloce ed affidabile utilizzando la spettroscopia Raman. Inoltre, le distribuzioni di formato misto possono essere sondato separatamente, ei loro rispettivi rapporti volumetrici possono essere stimate utilizzando questa tecnica. Per analizzare la distribuzione delle dimensioni, abbiamo formulized un'espressione analitica di PCM una particella e projected esso su una funzione di distribuzione generico che rappresenterà la distribuzione delle dimensioni dei nanocristalli analizzato. Come esperimento modello, abbiamo analizzato la distribuzione delle dimensioni dei nanocristalli di silicio free-standing (Si-NC) con distribuzioni di dimensione multimodali. Le distribuzioni di dimensione stimati sono in eccellente accordo con TEM e PL risultati, rivelando l'affidabilità del nostro modello.

Introduzione

Nanocristalli semiconduttori attirano l'attenzione come le loro proprietà elettroniche e ottiche possono essere sintonizzati semplicemente cambiando le loro dimensioni nella gamma rispetto al loro rispettivi raggi eccitone-Bohr. ¹ Queste caratteristiche uniche dipendenti dalle dimensioni rendono questi nanocristalli rilevanti per varie applicazioni tecnologiche. Ad esempio, effetti carrier moltiplicazione, osservate quando un'alta fotoni di energia viene assorbita dai nanocristalli di CdSe, Si e Ge, può essere utilizzato nel concetto di conversione dello spettro in applicazioni di celle solari; ^{2 -} emissione ottica ^{4 o} dimensi....

Protocollo

1. Pianificazione degli esperimenti

1. Sintetizzare o ottenere i nanocristalli di interesse ¹³ (Figura 1a).
2. Evitare qualsiasi confusione con il segnale di fondo facendo in modo che il materiale del substrato non ha picchi sovrapposti nello spettro Raman dei nanocristalli (Figura 1a).
3. Accendere il laser del setup spettroscopia Raman. Attendere un tempo sufficiente (circa 15 min) per l'intensità del laser per stabilizzare.
4. Misurare un riferimento di massa del nanomateriale da analizzare ¹² (figura 1b), seguendo i passi di misura descritti al punto 2. Dalla....

Risultati

Per usando la spettroscopia Raman come uno strumento di analisi dimensioni, un modello per estrarre le informazioni di dimensioni relative da uno spettro misurato Raman è necessario. La Figura 2 riassume la multi-particella modello fononi confinamento analitico. Funzione fononi confinamento ¹² All-size-dipendente (Figura 2 c) è proiettato su una funzione di distribuzione formato generico (figura 2 b), che viene scelto come una funzione di distribuzione lognor.......

Discussione

Primo punto discussione è passaggi critici all'interno del protocollo. Per non avere picchi sovrapposti con il materiale di interesse, è importante utilizzare un altro tipo di materiale di substrato, come indicato al punto 1.2. Per esempio, se Si-NC sono di interesse, non utilizzare substrato di silicio per le misure Raman. In figura 1 a, per esempio, Si-NC sono stati sintetizzati su substrati plexiglass, che ha segnale completamente piatta all'incirca intorno nell'intervallo di interesse, <.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Spettroscopia Raman	Renishaw	In Via	Dotato di laser ionico Ar da 514 nm
Filo 3.0	Renishaw		Strumento di registrazione della spettroscopia Raman
Mathematica	Wolfram		Per la funzione di adattamento e la determinazione delle dimensioni
Substrato			Plexiglass (per evitare la coincidenza del segnale con Si-NCs)
Si wafer			Riferimento alla spettroscopia di fotoluminescenza
			laser Ar a 334 nm. Per la distribuzione ottica delle dimensioni.
Microscopia			a trasmissione Intensità del fascio 300 kV. Per la determinazione delle dimensioni e della morfologia dei nanocristalli.

della posizione di picco Si-NC elettronica