다중 입자 Phonon은 감금 모델 라만 분광학을 이용하여 나노 결정 크기 분포의 특성

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 안정적​​인 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 ....

Protocol

1. 실험 기획

1. 합성 또는 관심 ⁽¹³⁾ (그림 1a)의 나노 결정을 구하십시오.
2. 기판 재료는 나노 결정 (그림 1a)의 라만 스펙트럼의 피크를 중복이없는 것을 확인하여 배경 신호에 혼란을 피하십시오.
3. 라만 분광법 설정의 레이저를 켭니다. 레이저 강도를 안정화하기위한 충분한 시간 (약 15 분)을 기다립니다.
4. 나노 물질의 부피 기준은 벌크 물질의 피크 위치로부터의 단계 2에 기재된 측정 다음 단계 ⁽¹²⁾ (도 1B), 상대적인 어긋남 ^{12 견적을} 분석하는 측정.
5. 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

1. 측정 챔버로 기판 상에 증착 된 나노 결정 입자....

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 .......

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

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
라만 분광법	Renishaw	In Via	514 nm Ar 이온 레이저
장착 와이어 3.0	Renishaw		라만 분광학 기록 도구
Mathematica	Wolfram		피팅 기능 및 크기 결정용
기판			플렉시 유리(Si-NC와의 신호 일치 방지)
Si 웨이퍼			Si-NC 피크 위치
광발광 분광법			334nm Ar 레이저에 대한 참조. 광학 크기 분포용.
투과 전자 현미경 빔			강도 300 kV. 나노결정 크기 및 형태 측정용.