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 la taille à partir de PbS-CN et Si-CN peuvent être utilisés dans la diode électroluminescente (LED) des applications. 5,6 Une connaissance et un contrôle précis sur la distribution de la taille des nanocristaux va donc jouer un rôle déterminant sur la fiabilité et la performance de ces applications technologiques fondées de nanocristaux.
Les techniques couramment utilisées pour la taille distribution et analyse de la morphologie des nanocristaux peuvent être énumérées comme diffraction des rayons X (XRD), microscopie électronique à transmission (TEM), spectroscopie de photoluminescence (PL), et la spectroscopie Raman. XRD est une technique cristallographique révèle que des informations morphologiques du matériau analysé. De l'élargissement du pic de diffraction, l'estimation de la taille du nanocristal est possible, 7 Cependant, l'obtention d'un données claire est généralement beaucoup de temps. En outre, XRD ne peut permettre le calcul de la moyenne de la distribution de taille des nanocristaux. Dans l'existence de distributions de taille multimodaux, analyse de la taille avec XRD peut être trompeur et aboutir à des interprétations erronées. TEM est une technique puissante qui permet l'imagerie des nanocristaux. 8 Bien que TEM est en mesure de révéler la présence de distributions individuelles dans une distribution de taille multi-modale, question de préparation de l'échantillon est toujours un effort pour être passé avant les mesures. En outre, en travaillant sur nano denseensembles de cristal avec des tailles différentes est un défi en raison de la difficulté de l'imagerie de nanocristal individuel. Spectroscopie de photoluminescence (PL) est une technique d'analyse optique, et des nanocristaux optiquement actifs peut être diagnostiquée. Distribution de taille des nanocristaux est obtenu à partir de l'émission dépendant de la taille. 9 En raison de leurs propriétés optiques pauvres de nanoparticules indirects de la bande de Gap, de grandes nanocristaux qui ne sont pas soumis à l'enfermement des effets, et les petits nanocristaux de défauts riche ne peut pas être détecté par PL et la taille observée la distribution est limitée seulement à nanocristaux avec de bonnes propriétés optiques. Bien que chacune de ces techniques mentionnés ci-dessus a ses propres avantages, aucun d'entre eux ont la capacité de répondre aux attentes (qui est d'être rapide, non destructive, et fiable) technique d'analyse de la taille de et idéalisée.
Un autre moyen de l'analyse de distribution de taille des nanocristaux est de spectroscopie Raman. Spectroscopie Raman est largement disponibledans la plupart des laboratoires, et elle est une technique rapide et non destructive. En outre, dans la plupart des cas, la préparation des échantillons est pas nécessaire. La spectroscopie Raman est une technique de vibration, qui peut être utilisé pour obtenir des informations sur différentes morphologies (cristalline ou amorphe), et des informations concernant la taille (à partir du décalage dépendant de la taille dans les modes de phonons qui apparaissent dans le spectre de fréquences) du matériau analysé . 10 La caractéristique unique de la spectroscopie Raman est que, tandis que les changements de taille dépendant sont observés comme un changement dans le spectre de fréquence, la forme de la crête de phonons (élargissement, l'asymétrie) donne des informations sur la forme de la distribution de la taille des nanocristaux. Par conséquent, il est en principe possible d'extraire les informations nécessaires, à savoir, la taille moyenne et le facteur de forme, à partir de spectre Raman à obtenir la distribution de taille des nanocristaux de analysées. Dans le cas de distributions de taille multimodaux sous-distributions peuvent aussi être identifiés séparément par deconvolution du spectre Raman expérimentale.
Dans la littérature, deux théories sont communément appelés modéliser l'effet de la distribution de taille des nanocristaux sur la forme du spectre Raman. Le modèle liaison polarisabilité (BPM) 11 décrit la polarisabilité d'un nanocristal de la contribution de tous les liens au sein de cette taille. Le modèle phonon confinement à une particule (PCM) 10 utilise des variables physiques dépendant de la taille, à savoir, l'élan de cristal, de la fréquence et de la dispersion des phonons, et le degré de confinement, pour définir le spectre Raman d'un nanocristal avec une taille spécifique. Étant donné que ces variables physiques dépendent de la taille, une représentation analytique de la PCM qui peut être explicitement formulized en fonction de la taille du nanocristal peut être définie. La projection sur cette expression générique en fonction de distribution de taille sera donc en mesure d'expliquer l'effet de la distribution granulométrique à l'intérieur de la PCM, qui peut être utilisé pour déterminer la nanocrRépartition de la taille de la ystal spectre Raman expérimentale. 12
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Protocol
1. Planification des expériences
- Synthétiser ou obtenir les nanocristaux d'intérêt 13 (figure 1a).
- 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).
- Allumez le laser de la configuration de la spectroscopie Raman. Attendre le temps (environ 15 min) pour l'intensité du laser de se stabiliser.
- Mesurer une référence majeure du nanomatériau à analyser 12 (figure 1b), en suivant les étapes de mesure décrites à l'étape 2. partir de la position de pointe de la matière en vrac, estimer le déplacement relatif 12.
- Estimer la puissance du laser nécessaire pour les mesures Raman utilisant différentes puissances sur les nanocristaux vont être mesurée. Lancer une mesure avec la plus faible puissance possible d'obtenir suffisamment de signal (le rapport de l'intensité du pic à lale bruit de fond doit être au moins 50), et augmenter la puissance du laser, si nécessaire, aussi longtemps que la position et la forme du pic Raman nanocristal reste même 12,13.
2. Spectroscopie Raman du nanocristal d'intérêt
- Charger l'échantillon avec de la poudre nanocristalline déposée sur le substrat dans la chambre de mesure.
Remarque: Les dimensions du substrat ne sont pas critiques (peut être de quelques millimètres à plusieurs dizaines de centimètres) tant qu'il correspond à la phase de support d'échantillon. La poudre ou de l'épaisseur de la couche mince doit être au moins des dizaines de nanomètres d'avoir signal détectable à partir Raman spectroscope. Pour la phase de support de substrat plan, il suffit de poser le substrat sous l'optique (figure 1B).- Assurez-vous que le "laser" et les lumières «actifs» sont éteints avant d'ouvrir la porte afin d'être à l'abri de l'éclairage indésirables du laser d'exploitation. Si ces feux ne sont pas hors, effectuer les actions dans les étapes 20,5 et 2,6. Le signe "Interlock" reste toujours allumé.
- Appuyez sur "porte de sortie" et ouvre la porte de la chambre de mesure, et de mettre l'échantillon sur la scène de porte-échantillon (figure 1b).
- Ajustez la mise au point de l'échantillon à mesurer pour obtenir le signal le plus élevé possible.
- Sélectionner objectif 50X et de se concentrer sur la surface de la poudre nanocristalline (Figure 1b).
- Amener l'échantillon en utilisant la mise au point sous la direction z manipulateur du porte-échantillon. Vérifiez la clarté de l'image focalisée de la vue de la caméra en direct sur l'écran d'ordinateur.
- Fermez la porte de la chambre de mesure.
- Retirez l'obturateur en cliquant sur le bouton "obturateur-out" à partir du logiciel Renishaw, et laissez la lumière laser briller sur l'échantillon à mesurer. Notez que le "laser" et des signes «actifs» Flash maintenant vert et clignote en rouge, respectivement. Dans l'image en direct de la screen, le laser est visible (Figure 1c).
- De l'image en direct, de peaufiner la mise au point de l'échantillon en utilisant le manipulateur de roue jusqu'à l'endroit le plus petit laser, qui est la meilleure mise au point, est observé sur l'image en direct.
- Mettre en place une mesure à partir du logiciel d'analyse comme décrit ci-Renishaw (figure 1d).
- De "Mesure" sélectionnez l'option spectrale de nouvelle acquisition.
- Dans la fenêtre pop-up, définir la plage de mesure de 150 à 700 cm - 1, régler l'heure pour la mesure 30 sec, le nombre total d'acquisition en 2x, et le pourcentage de la puissance du laser de 0,5% (d'une 25 mW laser) à utiliser lors de la mesure. Acceptez les paramètres insérés, et la fenêtre seront fermés.
- Démarrez la mesure en cliquant sur le bouton de démarrage de l'acquisition sur la barre de menu. Pendant la mesure, le "laser" et les lumières «actifs» resterontsur.
- Ne pas ouvrir la chambre de mesure lorsque ces lumières sont allumées que le laser est en fonctionnement et la mesure est effectuée.
- Après la mesure est terminée, mettre l'obturateur en cliquant sur le "volet dans" bouton à partir du logiciel Renishaw. Observez que les lumières de la «Laser» et «Active» sont désactivés. Appuyez sur "porte de sortie", puis ouvrez la porte de la chambre de mesure.
- Avant prélèvement de l'échantillon, à abaisser la platine porte-échantillon avec le z-manipulateur jusqu'à ce qu'une distance de sécurité entre l'échantillon mesurée et la surface de la lentille grossissante pour éliminer l'échantillon. Ensuite, mettez l'échantillon à son conteneur.
- Éteignez le laser.
- Sauvegardez les données dans le format du logiciel Renishaw, ".wxd", et dans le format de fichier texte, ".txt". Celle-ci sera utilisée pour l'analyse des données expérimentales.
3. Taille Distributions Détermination du nanocristal d'intérêt
- Ouvrez les fichiers texte des mesures pour la mesure de nanocristal, et la référence en vrac.
- Avant de tracer les données, lisser les utiliser spline cubique, et normaliser les données à 1 à leurs positions de pointe les plus élevés afin d'avoir une bonne comparaison des déplacements relatifs de pointe.
- Tracer les données de nanocristaux de silicium et de silicium de référence, déterminer la position de pointe de silicium de référence, et d'estimer le montant de l'équipe, le cas échéant, de la position de pointe réelle de 521 cm -1. 12 puis sauvegardez les données de nanocristaux de silicium traitées comme .txt fichier.
- Commencez la procédure d'ajustement.
- Pour la procédure d'ajustement, tapez la fonction de montage montré à la figure 2f dans un programme d'analyse tels que Mathematica.
- Importez les données normalisées et corrigées comme entrée pour l'ajustement du modèle non linéaire en utilisant la commande "Importer".
- Veiller à ce que l'intervallepour asymétrie est comprise entre 0,1 et 1,0, et la taille moyenne de l'intervalle est comprise entre 2 nm et 20 nm.
- Si nécessaire, insérez pic supplémentaire (s) sous le pic mesurée en utilisant la fonction d'ajustement et répétez les étapes 3.4.2 et 3.4.3 pour tenir l'autre sous-distribution (s).
- Appuyez sur "Maj + Entrée" pour exécuter la procédure d'ajustement.
- Après cela, à insérer les valeurs obtenues pour la taille moyenne et le coefficient d'asymétrie dans la fonction de répartition générique prédéfinie représenté à la figure 2b.
- Après cela, à insérer les valeurs obtenues pour la taille moyenne, D 0, et l'asymétrie, σ, dans la fonction de répartition générique prédéfinie représenté sur la figure 2b.
- Réglez la limite inférieure de l'intégrale comme du 1 nm. Définir la limite supérieure de l'intégration à toutes les tailles qui ne présente pas de changement dans le spectre Raman (20 nm pour Si-CN) 12.
- Intégrer la fonction de distribution de la figure 2b Φ (D) en fonction de D pour donner la distribution granulométrique. Sinon, trouver un ensemble de & phiv (D) des valeurs pour chaque valeur de D (par exemple, de 1 à 20 nm pour le Si-CN avec un incrément de 1 nm) et l'intrigue Φ (D) par rapport à D, qui est la taille distribution.
- Si une distribution de taille multimodal existe, définir d'abord les sommets à être montés pour d'autres distributions de taille. Ensuite, estimer leurs fractions volumiques de différentes distributions de tailles par rapport à l'autre selon la première recherche des domaines de chacun des pics obtenus après déconvolution des données de mesure (la procédure de détermination de la distribution de taille), puis en calculant le rapport de surface de chaque pic par rapport à le pic totale de Raman.
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Representative 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 log-normale. Compte tenu de l'amplitude (figure 2 d), largeur à mi-hauteur (figure 2 e) et le décalage de fréquence (figure 2 f) valeur, ce modèle peut être utilisé avec succès pour déterminer la distribution granulométrique.
Figure 3 prévoit l'utilisation d'une partie multi-icle modèle de confinement des phonons pour déterminer la distribution de taille de Si-CN (détails suivront). Si-CN utilisé dans cette analyse ont une distribution de taille bimodale des petits et grands Si-CN comme indiqué dans l'image de TEM. 13 Selon TEM analyse de la taille (non représenté ici), les petites Si-CN ont une distribution dans la plage de 2- 10 nm, et une grande Si-CN ont une distribution dans la gamme 40-120 nm. L'analyse du spectre Raman au panneau de gauche révèle que la distribution de taille des petits Si-CN sont en effet dans la gamme 2-10 nm. La distribution est log-normale avec une taille moyenne de 4,2 nm, et avec une obliquité (facteur de forme d'anisotropie) de 0,27.
La figure 4 représente une analyse comparative détaillée de Si-CN synthétisé en utilisant un précurseur différent circule dans le système par plasma de dépôt chimique en phase vapeur (PECVD). Pour ajustant les données Raman mesurés, nous avons utilisé deux fonctions d'ajustement en sachant que nous avions deux sous-distributions dans le mélange de Si-NC. Depuis Sine montre pas dépendant de la taille de pointe décalage pour les tailles supérieures à 20 nm, un pic de Lorentz vrac comme peut être attribué à grande Si-CN, qui sont dans la gamme 40-120 nm dans ce cas (représenté comme "Grand Si -NCS "dans la parcelle). Pour les petits Si-CN, nous avons utilisé le modèle phonon confinement multi-particules que la fonction d'ajustement (représentée comme "Small Si-CN" dans le complot). La taille moyenne et l'asymétrie de la distribution de taille sont obtenues à partir de cette forme, qui sont les paramètres nécessaires pour tracer la distribution de taille montre la figure 2b. Cette fonction d'ajustement peut être intégré à la taille à partir de laquelle un pic de décalage est pas davantage observée, à savoir 20 nm de Si-CN. Les résultats montrent que nous pouvons réussir à déterminer la taille moyenne, l'asymétrie et la distribution complète de la taille de Si-CN (panneau c et d) en utilisant la spectroscopie Raman. En outre, la fraction volumique du petit-CN et de Si Si-CN grand peut être déterminée par le rapport des aires des pics intégrés.Pour Si-CN synthétisé en utilisant 3 sccs (de centimètres cubes standard par seconde) de SiH 4 flux, la fraction de volume de petite Si-CN était de 80%, tandis que pour le cas de 10 sccs SiH 4 flux, petite fraction du volume Si-NC est 88%.
La figure 5 démontre la comparaison de la taille des particules moyenne déterminée de Si-CN à partir de diverses techniques. Tout d'abord, notre analyse-PCM 12 (étoiles) est en très bon accord avec le PCM. 10 Deuxièmement, les résultats obtenus à partir de la spectroscopie Raman sont en bon accord avec les résultats obtenus par microscopie électronique à transmission (TEM) et la spectroscopie de photoluminescence (PL) ( la distribution de la taille PL est obtenue en utilisant le modèle de Delerue et al. 16). Cela prouve la fiabilité de l'utilisation de la spectroscopie Raman avec l'analyse-PCM pour l'analyse de la taille de Si-CN. En outre, nous démontrons également le BPM, 11 qui est également utilisé pour l'analyse de la taille des nanocristaux semi-conducteurs.Figure 5 conclut également que le PCM prédit la taille d'un Si-NC de sa taille dépendant Raman déplacer mieux que le BPM fait.
Figure 1. Représentation de nanoparticules et Raman spectromètre. A) Si-CN déposé dans un mélange 4 de gaz Ar / SiH sur des substrats de plexiglas à l'aide d'un outil de PECVD. Si-CN sont sous la forme d'une poudre. Les différences de tonalité sur le substrat sont dues aux différences de morphologies et des épaisseurs de poudre de Si-NC, qui sont exposés à différentes régions de plasma au cours de la synthèse 13. Comme morphologies déposées de Si-CN sont prêts pour les mesures de spectroscopie Raman. Le côté court du substrat est de 2 cm. B) échantillon de référence, à savoir, cristallin tranche de silicium, de mesure afin d'observer la position du pic Raman de vrac Si. Cette information sera utilisé comme un point de référence pour déterminer le déplacement relatif de Si-CN à partir de leur position de pointe en vrac c) l'image du spectromètre Raman utilisé pour les études de détermination de la taille. d) la capture d'écran du logiciel pour effectuer et enregistrer les données. analyser.
Figure 2. Formules utilisées dans l'analyse de la distribution granulométrique de Si-CN. A) de l'intensité Raman de Si-CN avec une distribution de taille. B) La fonction de distribution de la taille générique pour déterminer Si-NC distribution de taille. C) la représentation analytique de de un PCM de particules pour un Si-NC avec une taille D. d) L'amplitude, e) la moitié du maximum de largeur, et f) les représentations de fréquence de vibration d'un Si-NC avec une taille D, qui explicitementapparaître dans c).
Figure 3. De Raman analyse par spectroscopie à nanocristal distribution de taille. En tant que mesurée à partir de la spectroscopie Raman données peuvent être converties en une distribution de taille des nanocristaux quantitative de l'aide de l'analyse multi-particule-PCM.
Figure 4. Dimensions et volume analyse de la fraction de Si-CN. Spectre Raman de Si-CN synthétisé dans un outil de PECVD utilisant a) 3 sccs et b) 10 sccs de SiH 4 (silane) flux de gaz, respectivement. A) et b) montre la voie de déconvolution pour petits et grands Si-CN. Déconvolution est effectuée à l'aide d'un pic de Lorentz pour le vrac comme grande Si-CN et multi-particules d'analyse P-CM pour les petites Si-CN. Correspondant distributions de taille et de fractions de volume de petite Si-CN pour 3 et 10 sccs SiH4 flux sont démontrées en c) et d), respectivement. La taille moyenne des petites Si-CN est de 4,2 nm avec une asymétrie de 0,26 pour le panneau c) et 3,7 nm avec une asymétrie de 0,30 pour le panneau d). Les fractions volumiques sont des estimations de 80% et 88% pour le panneau c) et d), respectivement.
Figure 5. La comparaison de la distribution de taille de Si-CN à partir de diverses techniques. L'analyse de taille de Si-CN en utilisant diverses techniques (TEM et PL 16) et analyse de la taille en utilisant la spectroscopie Raman a abouti à un excellent accord. Les résultats démontrent également que le PCM conduit à une détermination plus précise de la taille par rapport à la BPM. Ce chiffre a êtrefr modifié de Réf. 12 l'autorisation de American Institute of Physics.
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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 près autour de la plage d'intérêt, à savoir 480 à 530 cm - 1. En plus de mesurer un signal de référence en vrac pour estimer le décalage de pic relatives nanocristal, comme mentionné à l'étape 1.4, il est également essentiel pour localiser la position exacte de la pointe de la matière en vrac, car il peut être également déplacé en fonction de l'exploitation et les conditions de l'environnement de Raman spectroscope. Dans le cas de Si-CN, l'échantillon de référence est une plaquette de silicium cristallin, qui est connu to avoir le mode optique transversal (A) à 521 cm -. 1 12 Cependant, cela peut être décalée par suite de la température du laser d'exploitation, qui est ajouté aux conditions ambiantes, et de l'intensité. Par conséquent, il est important d'enregistrer une donnée de référence à chaque fois avant les mesures, et les corriger en ce qui concerne les positions des pics connus de la littérature. Une puissance laser élevée peut chauffer les nanocristaux, et changer leurs tailles, qui se traduisent par un changement induit par laser dans le spectre Raman. Par conséquent, il est essentiel de déterminer la puissance de laser maximum qui peut être utilisé en toute sécurité en suivant les instructions à l'étape 1.5. Si l'insertion de la taille moyenne estimée et l'asymétrie dans l'étape 3.4.3 dans la fonction d'ajustement ne peut pas couvrir la forme du spectre Raman mesurée, cela signifie que le matériau analysé est composé de sous-distributions. Ensuite, répétez les étapes 3.4.2 et 3.4.3 de nouveau à ajouter pics supplémentaires pour le montage. La détermination de la boun intégranteDaries (étape 3.4.7) pour la distribution de la taille est un autre point critique. Les limites de l'intégrale de la fonction de distribution représente les tailles les plus petites et les plus grandes dans la distribution de la taille des nanocristaux. 1 nm est la plus petite taille stable pour la plupart des systèmes de nanocristaux. 17 Comme le montant de la taille dépendant changement diminue avec une augmentation de la taille des nanocristaux, définir la limite supérieure de l'intégration à toutes les tailles qui ne présente pas de changement dans la spectre Raman (étape 3.4.8). Par exemple, Si-CN avec des tailles supérieures à 20 nm ne présente pas de changement dans le spectre Raman, ils ressemblent comportement en vrac analogue. 10,12 Par conséquent, pour la mise en Si-CN de la limite supérieure de l'intégrale de toute taille plus grande que 20 nm ne changera pas le résultat.
Le PCM décrit les pics Raman fonction de leur taille de nanocristaux travers une expression compliquée. En fait, le PCM dépend de la dispersion de phonons, la fonction de confinement, et le vibfréquence de ration, qui dépendent implicitement tous sur la taille, D. En outre, le PCM est une taille spécifique, et de déterminer la distribution de taille, il doit être projetée sur une fonction de distribution et se générique intégré dans une gamme de taille. Cette procédure est compliquée et jusqu'à maintenant, les expérimentateurs ont utilisé la spectroscopie Raman essentiellement à déterminer la taille moyenne de Si-CN du déplacement du pic Raman mesurée. D'autre part, la multi-particule analytique-PCM que nous avons formulized contient la taille, D, en tant que paramètre explicite et permet de déterminer non seulement la taille moyenne, mais également la distribution complète et il forme de manière simple en utilisant la spectroscopie Raman.
Comme déjà noté, la spectroscopie Raman est capable de déterminer la distribution de taille de nanocristaux dans la limite de confinement, qui est d'environ 20 nm de Si. De plus grandes tailles ne peuvent pas être analysés pour leur distribution de taille car ils ne présentent pas un Taille-Cette fonction dépend du spectre Raman, à savoir, ils ont des formes et des positions en vrac silicium cristallin pointe similaires. Cette limitation est valable pour n'importe quel type de système de nanocristal qui présente une taille dépendant de décalage de pic dans le spectre Raman. Toutefois, la limite de confinement peut varier en fonction du système de nanocristal. Par exemple, la limite de confinement pour Ge-CN est d'environ 15 nm. 18
Une préoccupation lors de l'analyse de la taille des nanocristaux est le décalage des pics Raman de nanocristaux pour les raisons secondaires, ce qui pourrait entraîner des interprétations erronées de taille en utilisant la spectroscopie Raman. Ces raisons sont secondaires modification structurelle (croissance des grains ou de changement de forme) de nanocristaux de moins de puissance du laser Raman excessive pendant la mesure, et la contrainte induite par la matrice, dans laquelle sont noyées des nanocristaux (le cas échéant). Afin d'éviter le chauffage laser excessive, il est conseillé de démarrer la mesure avec la plus faible puissance laser possible et l'augmenterà établir progressivement un signal clair. Tant que la forme de pic et la position reste stable indépendante de la puissance du laser utilisé, on peut considérer que la puissance de laser utilisée se situe dans la limite de sécurité 13 En outre., La limite au-delà de laquelle un élargissement de chauffage liés à des pics Raman est observée est définie dans la littérature comme l'élargissement Fano. 12,19 Tant que la limite élargir Fano est pas atteint, les nanoparticules ne sont pas soumis à chauffage liées à des modifications. Si le pic de décalage lié au stress est présent, il est inévitable, et doit être pris en compte avant de déterminer le pic de décalage dépendant de la taille. La quantité de stress peut être déterminé en utilisant diffraction des rayons X (XRD), où un changement dans la position du pic de diffraction est une mesure de stress. La contrainte estimée peut alors être pris en compte dans le spectre Raman avec un ajout du terme crête changement stress dépend. 18 Si aucun stress est observé de DRX, analyse directe de la distribution granulométrique peut être réaliséeà partir du spectre Raman comme mesuré. Depuis tous les nanoparticules ont des structures stables, comme observé précédemment, 14 la cristallinité est bien établie, et les préoccupations liées à des structures cristallines pauvres sont exclus de l'analyse Raman.
L'analyse multi-particule-PCM montré sur la figure 2 a est souple en termes de la fonction de distribution et la fonction de confinement utilisé. Par exemple, tout type de fonction de distribution générique peut être remplacé par la fonction de distribution log-normale, à savoir qu'il pourrait être un log-normale, normale, ou une fonction logistique, sans affecter la fonction phonon de confinement. En outre, l'analyse a démontré-PCM sur la figure 2 c peuvent être redéfinies en fonction du type de matériau à utiliser. Certains systèmes de nanocristaux qui présentent dépendant de la taille Raman pointe-quarts (afin que leurs distributions de taille peutégalement être déterminée en utilisant la spectroscopie Raman) sont Ge-CN, 20 SnO 2 -NCS, 21 TiO 2 -NCS, 22 et diamant CN 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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