Summary
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.
Introduction
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 dimensione-dipendente dal PbS-NC e Si-NC possono essere utilizzati in applicazioni diodo luminoso (LED). 5,6 A conoscenza precisa e controllo sulla distribuzione della dimensione dei nanocristalli sarà quindi un ruolo determinante sull'affidabilità e le prestazioni di queste applicazioni tecnologiche basate su nanocristalli.
Le tecniche comunemente utilizzate per la dimensione dISTRIBUZIONE e morfologia analisi dei nanocristalli può essere elencato come diffrazione di raggi X (XRD), microscopia elettronica a trasmissione (TEM), spettroscopia di fotoluminescenza (PL), e spettroscopia Raman. XRD è una tecnica cristallografica che rivela informazioni morfologica del materiale analizzato. Dalla allargamento del picco di diffrazione, stima della dimensione nanocristalli è possibile, 7 tuttavia ottenere un dato chiaro è solitamente richiede tempo. Inoltre, XRD può abilitare solo il calcolo della media della distribuzione delle dimensioni nanocristalli. Nell'esistenza di distribuzioni di dimensione multimodali, l'analisi della dimensione con XRD può essere fuorviante e portare a interpretazioni errate. TEM è una tecnica potente che permette l'imaging dei nanocristalli. 8 Sebbene TEM è in grado di rivelare la presenza di singole distribuzioni in una distribuzione di dimensione multimodale, problema preparazione del campione è sempre uno sforzo per essere speso prima delle misure. Inoltre, lavorando su nano densamenteinsiemi di cristallo con dimensioni diverse impugna causa della difficoltà di immagini nanocristalli individuale. Spettroscopia di fotoluminescenza (PL) è una tecnica di analisi ottica, e nanocristalli otticamente attivi può essere diagnosticata. Distribuzione dimensionale nanocristallo è ottenuto dall'emissione size-dipendente. 9 causa della loro scarsa proprietà ottiche delle nanoparticelle indiretti Gap Band, grandi nanocristalli non soggetti al confinamento effetti e ricchi di difetti piccoli nanocristalli non può essere rilevato da PL e la dimensione osservata distribuzione è limitata solo a nanocristalli con buone proprietà ottiche. Sebbene ciascuna di queste tecniche sopra menzionate ha i suoi vantaggi, nessuno di essi hanno la capacità di soddisfare le aspettative (cioè, essere veloce, non distruttivo, affidabile e) da e idealizzato tecnica di analisi dimensioni.
Un altro strumento di analisi distribuzione delle dimensioni di nanocristalli è spettroscopia Raman. Spettroscopia Raman è ampiamente disponibilenella maggior parte dei laboratori, ed è una tecnica veloce e non distruttivo. Inoltre, nella maggior parte dei casi, la preparazione del campione non è richiesta. Spettroscopia Raman è una tecnica vibrazionale, che può essere utilizzato per ottenere informazioni su differenti morfologie (cristallini o amorfi), e dati relativi alle dimensioni (dal passaggio size-dipendente sulle modalità fononi che compaiono nello spettro di frequenza) del materiale analizzato . 10 La caratteristica unica della spettroscopia Raman è che, mentre le variazioni dipendenti dalle dimensioni vengono osservati come spostamento nello spettro di frequenza, la forma del picco fonone (ampliare, asimmetria) fornisce informazioni sulla forma della distribuzione dimensionale nanocristalli. Pertanto è in linea di principio possibile estrarre le informazioni necessarie, cioè, la dimensione media e il fattore di forma, dallo spettro Raman di ottenere la distribuzione delle dimensioni dei nanocristalli analizzati. Nel caso di distribuzioni di dimensione multimodali sotto-distribuzioni possono essere identificati separatamente tramite deconvoluzione dello spettro Raman sperimentale.
Nella letteratura, due teorie sono comunemente noti per modellare l'effetto della distribuzione granulometrica nanocristalli sulla forma dello spettro Raman. Il modello legame polarizzabilità (BPM) 11 descrive la polarizzabilità di un nanocristallo dai contributi di tutti i legami all'interno di quella dimensione. Il modello fonone confinamento una particella (PCM) 10 utilizza variabili fisiche dipendenti dalle dimensioni, cioè, slancio cristallo, frequenza fonone e dispersione, e il grado di confinamento, per definire lo spettro Raman di un nanocristallo con una dimensione specifica. Poiché queste variabili fisiche dipendono dalla dimensione, una rappresentazione analitica del PCM che può essere esplicitamente formulized in funzione della dimensione dei nanocristalli può essere definito. Proiezione questa espressione in una funzione di distribuzione dimensioni generica sarà quindi in grado di spiegare l'effetto della distribuzione granulometrica nel PCM, che può essere utilizzato per determinare il nanocrdistribuzione dimensionale ystal dallo spettro Raman sperimentale. 12
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Protocol
1. Pianificazione degli esperimenti
- Sintetizzare o ottenere i nanocristalli di interesse 13 (Figura 1a).
- 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).
- Accendere il laser del setup spettroscopia Raman. Attendere un tempo sufficiente (circa 15 min) per l'intensità del laser per stabilizzare.
- Misurare un riferimento di massa del nanomateriale da analizzare 12 (figura 1b), seguendo i passi di misura descritti al punto 2. Dalla posizione di picco del materiale sfuso, stimare il relativo turno di 12.
- Stimare la potenza del laser Raman richiesta per le misurazioni utilizzando diversi poteri sui nanocristalli da misurare. Inizia una misurazione con la potenza più bassa possibile per ottenere il segnale abbastanza (il rapporto tra l'intensità di picco per ilrumore di fondo deve essere almeno di 50), e aumentare la potenza del laser, se necessario, fino a quando la posizione e la forma del picco Raman nanocristalli rimane uguale 12,13.
2. Spettroscopia Raman di nanocristalli di Interesse
- Caricare il campione con nanocristalli di polvere depositata sul substrato nella camera di misura.
Nota: Le dimensioni del substrato non sono critiche (può essere da millimetri a decine di centimetri) fintanto che si adatta alla fase portacampioni. La polvere o lo spessore film sottile dovrebbero essere almeno decine di nanometri di avere segnale rilevabile da Raman spettroscopio. Per la fase porta substrato planare, semplicemente fissare il substrato sotto l'ottica (Figura 1b).- Assicurarsi che il "Laser" e le luci "attivi" sono prima di aprire la porta in modo da essere al sicuro dalla illuminazione indesiderata del laser operativo. Se queste luci non sono spenti, eseguire le azioni in fasi 20,5 e 2,6. Il segno "interblocco" rimane sempre attiva.
- Premere il tasto "Sblocca porta" e aprire la porta della camera di misura, e mettere il campione sul palco supporto del campione (figura 1b).
- Regolare la messa a fuoco del campione da misurare per ottenere il segnale più elevato possibile.
- Selezionare obiettivo 50X e concentrarsi sulla superficie della polvere nanocristalli (Figura 1b).
- Portare il campione sotto messa a fuoco utilizzando la direzione z manipolatore del supporto del campione. Controllare la chiarezza dell'immagine organica da parte della ripresa dal vivo sullo schermo del computer.
- Chiudere la porta della camera di misura.
- Rimuovere l'otturatore facendo clic sul pulsante "scatto-out" dal software Renishaw, e lasciare che il brillare di luce laser sul campione da misurare. Osservare che il "Laser" e cartelli "attivi" ora lampeggia verde e lampeggia in rosso, rispettivamente. Nell'immagine in diretta dalle screen, il laser sarà visibile (Figura 1c).
- Dall'immagine in diretta, mettere a punto la messa a fuoco del campione utilizzando il manipolatore ruota fino a quando il punto laser più piccolo, che è la migliore messa a fuoco, si osserva l'immagine live.
- Impostare una misura dal software di analisi Renishaw come descritto di seguito (Figura 1d).
- Da "misura" selezionare nuova opzione di acquisizione spettrale.
- Nella finestra pop-up, impostare il campo di misura da 150 a 700 cm - 1, impostare il tempo per la misura del 30 sec, il numero totale di acquisizione come 2x, e la percentuale della potenza del laser di 0,5% (di un 25 mW laser) da utilizzare durante la misurazione. Accetta i parametri inseriti, e la finestra sarà chiuso.
- Avviare la misurazione facendo clic sul pulsante di avvio acquisizione nel menu-bar. Durante la misurazione del "Laser" e le luci "attivi" rimarrannoon.
- Non aprire la camera di misura quando queste luci sono come il laser è in funzione e viene eseguita la misurazione.
- Dopo la misurazione è terminata, mettere l'otturatore in cliccando "scatto in" pulsante dal software Renishaw. Osservare che le luci del "Laser" e "attiva" sono disattivati. Premere il tasto "Sblocca porta" e quindi aprire la porta della camera di misura.
- Prima di prendere il campione fuori, abbassare il tavolino porta-campioni con z-manipolatore fino ad ottenere una distanza di sicurezza tra il campione misurato e la superficie della lente di ingrandimento per rimuovere il campione. Quindi, mettere il campione al suo contenitore.
- Spegnere il laser.
- Salvare i dati in formato software Renishaw, ".wxd", e nel formato di file di testo, ".txt". Quest'ultimo sarà utilizzato per l'analisi dei dati sperimentali.
3. Formato Distribution Determinazione della nanocristalli di Interesse
- Aprire i file di testo delle misure per la misurazione nanocristalli, e il riferimento di massa.
- Prima di tracciare i dati, liscia utilizzando spline cubica, e normalizzare i dati a 1 nelle rispettive posizioni di picco più elevati al fine di avere un buon confronto degli spostamenti dei picchi relativi.
- Tracciare i dati nanocristalli di silicio e di silicio di riferimento, determinare la posizione di picco del silicio di riferimento, e stimare la quantità di spostamento, se del caso, dalla posizione di picco attuale di 521 cm -1. 12 Allora salvare i dati nanocristalli di silicio trattati come .txt file.
- Avviare la procedura di installazione.
- Per la procedura di installazione, digitare la funzione di montaggio mostrato a figura 2f in un programma di analisi come Mathematica.
- Importare i dati normalizzati e corretti come input per il modello di montaggio non lineare con il comando "Importa".
- Assicurarsi che l'intervalloper asimmetria è compreso tra 0,1 e 1,0, e l'intervallo di dimensioni medio è compreso tra 2 e 20 nm nm.
- Se necessario, inserire ulteriore picco (s) sotto la vetta misurata utilizzando la funzione di raccordo e ripetere i passaggi 3.4.2 e 3.4.3 per adattarsi alla altre sub-distribuzione (s).
- Premere il tasto "Shift + Enter" per eseguire la procedura di montaggio.
- Dopo di che, inserire i valori ottenuti per la dimensione media e la skewness nella funzione di distribuzione generica predefinita mostrato in Figura 2b.
- Dopo di che, inserire i valori ottenuti per la dimensione media, D 0, e l'asimmetria, σ, nella funzione di distribuzione generica predefinita mostrata nella Figura 2b.
- Impostare il limite inferiore della dell'integrale come 1 nm. Impostare il limite superiore di integrazione a qualsiasi dimensione che non presenta alcun cambiamento nello spettro Raman (20 nm per Si-NC) 12.
- Integra la funzione di distribuzione in Figura 2b Φ (D) vs D per dare la distribuzione delle dimensioni. In alternativa, per un insieme di valori j (D) per ciascun valore di D (per esempio, da 1 a 20 nm per Si-NC con un incremento di 1 nm) e grafico Φ (D) vs. D, che è la dimensione distribuzione.
- Se esiste una distribuzione di dimensione multi-modale, innanzitutto definire i picchi da installare per altre distribuzioni di dimensione. Poi, stimare le frazioni volumetriche di distribuzioni di dimensioni diverse con rispetto all'altro trovando dapprima le aree di ciascun picchi ottenuti dopo deconvoluzione dei dati di misura (con la procedura dimensioni determinazione di distribuzione) e poi calcolando il rapporto areale di ogni picco rispetto alle il picco Raman totale.
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Representative Results
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 lognormale. Data l'ampiezza (Figura 2 d), la larghezza a metà altezza (figura 2 e), e lo spostamento di frequenza (Figura 2 f) valore, questo modello può essere utilizzato con successo per determinare la distribuzione delle dimensioni.
Figura 3 prevede l'uso del multi-parteicolo fononi modello reclusione per determinare la distribuzione delle dimensioni di Si-NC (dettagli seguiranno). Si-NC utilizzato in questa analisi hanno una distribuzione delle dimensioni bimodale di piccole e grandi Si-NC come mostrato nell'immagine in TEM. 13 Secondo TEM dimensioni di analisi (non mostrato qui), piccoli Si-NC hanno una distribuzione compreso 2- 10 nm, e grande Si-NC hanno una distribuzione della gamma 40-120 nm. L'analisi dello spettro Raman al pannello sinistro rivela che la distribuzione di piccole dimensioni Si-NC sono davvero nell'intervallo 2-10 nm. La distribuzione è lognormale con una dimensione media di 4,2 nm, e con un skewness (forma fattore anisotropia) di 0,27.
La figura 4 rappresenta un'analisi comparativa dettagliata di Si-NC sintetizzato utilizzando precursore diversi flussi nel sistema plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD). Per il montaggio dei dati Raman come-misurati, abbiamo usato due funzioni di montaggio sapendo che abbiamo avuto due sotto-distribuzioni nella miscela Si-NC. Poiché Sinon mostra il formato-dipendente peak-shift per le taglie più grandi di 20 nm, un picco Lorentzian massa simile può essere assegnato per la grande Si-NC, che si trovano nella gamma 40-120 nm in questo caso (rappresentato come "Grande Si -NCs "nella trama). Per i piccoli Si-NC, abbiamo usato il multi-particella modello fononi confinamento come la funzione di raccordo (rappresentato come "Small Si-NC" nella trama). La dimensione media e l'asimmetria della distribuzione dimensionale sono ottenuti da questa misura, che sono i parametri necessari per tracciare la distribuzione dimensionale mostrato nella Figura 2b. Questa funzione raccordo può essere integrato fino alle dimensioni da cui un picco di spostamento non si osserva più, cioè, 20 nm per Si-NC. I risultati mostrano che possiamo determinare correttamente la dimensione media, asimmetria e la distribuzione completa dimensioni di Si-NC (pannello ced) utilizzando la spettroscopia Raman. Inoltre, la frazione di volume di piccole Si-NC e grandi Si-NC può essere determinato dal rapporto delle aree dei picchi integrati.Per Si-NC sintetizzato usando 3 sccs (centimetri cubici standard al secondo) di SiH 4 flusso, la frazione di volume di piccole Si-NC è stata dell'80%, mentre per il caso di 10 sccs SiH 4 portate, piccola frazione di volume Si-NC è 88%.
Figura 5 illustra il confronto tra determinata granulometria media di Si-NC da varie tecniche. Primo, la nostra analitico-PCM 12 (stelle) è in ottimo accordo con il PCM. 10 In secondo luogo, i risultati ottenuti dalla spettroscopia Raman sono in buon accordo con i risultati ottenuti con la microscopia elettronica a trasmissione (TEM) e la spettroscopia di fotoluminescenza (PL) ( la distribuzione delle dimensioni PL si ottiene utilizzando il modello di Delerue et al. 16). Ciò dimostra l'affidabilità utilizzando la spettroscopia Raman con l'analitico-PCM per l'analisi della dimensione di Si-NC. Inoltre, abbiamo anche dimostrare il BPM, 11 che viene utilizzato anche per l'analisi della dimensione di nanocristalli semiconduttori.Figura 5 conclude che il PCM prevede la dimensione di un Si-NC dalla sua dimensione-dipendente Raman spostare meglio del BPM fa.
Figura 1. La rappresentanza di nanoparticelle e la spettrometro Raman. A) Si-NC depositati in una miscela di 4 gas Ar / SiH su supporti in plexiglass utilizzando uno strumento PECVD. Si-NC sono in forma di polvere. Le differenze di tono sul substrato sono dovute alle differenze di morfologie e spessori di polvere Si-NC, che sono esposti al plasma regioni differenti durante la sintesi 13. Come morfologie depositati di Si-NC sono pronti per misure di spettroscopia Raman. Il lato corto del supporto è di 2 cm. B) del campione di riferimento, vale a dire, cristallino Si wafer, di misura al fine di rispettare la posizione di picco Raman di massa Si. Questo INFORMATIOn sarà usato come punto di riferimento per determinare il relativo spostamento di Si-NC dalla loro posizione di picco di massa. c) Immagine dello spettrometro Raman utilizzato per studi determinazione dimensioni. d) La schermata del software per l'esecuzione e la registrazione dei dati analizzare.
Figura 2. Formule utilizzate nell'analisi della distribuzione delle dimensioni di Si-NC. A) intensità Raman di Si-NC con distribuzione granulometrica. B) La funzione distribuzione dimensionale generico per determinare Si-NC size distribuzione. C) Rappresentazione analitica di one PCM particelle di Si-NC con dimensione D. d) L'ampiezza, e) l'intera larghezza metà altezza, e f) le rappresentazioni frequenze di vibrazione di un Si-NC con dimensione D, che esplicitamenteapparire in c).
Figura 3. Dall'analisi spettroscopia Raman a nanocristalli distribuzione dimensionale. Come misurato dati di spettroscopia Raman possono essere convertiti in un formato distribuzione quantitativa dei nanocristalli utilizzando multi-particella analitico-PCM.
Figura 4. Dimensioni e volume analisi frazione di Si-NC. Spettro Raman di Si-NC sintetizzato in un utensile con un PECVD) 3 CSSC e b) 10 sccs di SiH 4 (silano) flusso di gas, rispettivamente. A) e b) dimostri il percorso deconvoluzione per piccoli e grandi Si-NC. Deconvoluzione viene fatto utilizzando un picco Lorentzian per bulk-come grande Si-NC e multi-particelle analitico-PCM per le piccole Si-NC. Corrispondenti distribuzioni size e frazioni volumetriche di piccolo Si-NC per 3 e 10 sccs SiH4 flusso sono dimostrate in c) e d), rispettivamente. La dimensione media di piccola Si-NC è 4,2 nm con una asimmetria di 0,26 per il pannello c) e 3,7 nm con una asimmetria di 0,30 per il pannello d). Le frazioni volumetriche sono stimati come 80% e 88% per il pannello c) ed), rispettivamente.
Figura 5. Confronto della distribuzione granulometrica di Si-NC da varie tecniche. L'analisi della dimensione di Si-NC utilizzando diverse tecniche (TEM e PL 16) e l'analisi della dimensione utilizzando la spettroscopia Raman ha portato in ottimo accordo. I risultati dimostrano inoltre che la PCM porta ad una determinazione più accurata dimensioni rispetto al BPM. Questa cifra ha essereit modificato da Ref. 12 con il permesso di American Institute of Physics.
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Discussion
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, cioè 480-530 cm - 1. Oltre a misurare un segnale di riferimento di massa per stimare lo spostamento del picco nanocristalli connessi come indicato al passo 1.4, è anche fondamentale per individuare la posizione esatta del picco del materiale sfuso, dal momento che può essere anche spostata a seconda del funzionamento e le condizioni ambientali di Raman spettroscopio. Per il caso di Si-NC, il campione di riferimento è un wafer di silicio cristallino, che è noto to avere la modalità trasversale ottico (TO) a 521 cm -. 1 12 Tuttavia, questo può essere spostato come risultato della temperatura del laser operativo, che si è con le condizioni ambientali, e intensità. Pertanto, è importante registrare un dato di riferimento prima di ogni misurazione, e correggerli rispetto alle posizioni del picco noto dalla letteratura. Un laser di alta potenza può riscaldare i nanocristalli, e cambiare le loro dimensioni, che determinano uno spostamento indotta da laser nello spettro Raman. Pertanto, è fondamentale per determinare la massima potenza del laser che può essere utilizzato in modo sicuro secondo le istruzioni a passo 1.5. Se si inserisce la dimensione media stimata e asimmetria nel passaggio 3.4.3 nella funzione raccordo non può non coprire la forma dello spettro Raman misurato, significa che il materiale analizzato è composto da sotto-distribuzioni. Poi ripetere le operazioni 3.4.2 e 3.4.3 di nuovo per aggiungere picchi aggiuntivi per il montaggio. La determinazione del boun integraleDaries (fase 3.4.7) per la distribuzione delle dimensioni è un altro punto critico. I confini della integrale nella funzione di distribuzione rappresenta le misure più piccole e le più grandi nella distribuzione dimensionale nanocristalli. 1 nm è la più piccola dimensione stabile per la maggior parte dei sistemi di nanocristalli. 17 Poiché la quantità di spostamento dimensione-dipendente diminuisce con un aumento delle dimensioni nanocristalli, impostare il limite superiore di integrazione a qualsiasi dimensione che non presenta alcun cambiamento nel Raman spettro (punto 3.4.8). Per esempio, Si-NC con dimensioni superiori a 20 nm non presenta alcun cambiamento nello spettro Raman, assomigliano comportamento bulk-like. 10,12 Pertanto, per Si-NC impostando il limite superiore dell'integrale con qualsiasi dimensione maggiore di 20 nm non cambierà il risultato.
Il PCM descrive i picchi Raman dipendenti dalle dimensioni dei nanocristalli attraverso un'espressione complicata. Infatti, il PCM dipende dispersione fononi, la funzione di confinamento e VIBfrequenza razione, che tutti dipendono implicitamente dalle dimensioni, D. Inoltre, il PCM è per una dimensione specifica, e di determinare la distribuzione dimensionale, deve essere proiettata su una funzione di distribuzione generica e integrarsi su una gamma di dimensioni. Questa procedura è complicata e fino ad ora, sperimentalisti stavano usando spettroscopia Raman principalmente per determinare la dimensione media di Si-NC dallo spostamento del picco Raman come misurato. D'altra parte, il multi-particella analitico-PCM che abbiamo formulized contiene la dimensione, D, come parametro esplicito e permette di determinare non solo la dimensione media, ma anche la distribuzione completa e forma in modo semplice utilizzando la spettroscopia Raman.
Come già notato, spettroscopia Raman è in grado di determinare la distribuzione dimensionale dei nanocristalli entro il limite di confinamento, che è circa 20 nm per Si. Dimensioni maggiori non possono essere analizzati per la loro distribuzione delle dimensioni in quanto non presentano un dimensioni-funzionalità dipendente in Raman spettro, cioè, hanno forme dei picchi simili e posizioni come massa cristallina Si. Questa limitazione vale per qualsiasi tipo di sistema di nanocristalli che presenta dimensioni dipendente picco spostamento nello spettro Raman. Tuttavia, il limite di confinamento può variare a seconda del sistema nanocristalli. Ad esempio, il limite di isolamento per Ge-NC è di circa 15 nm. 18
Una preoccupazione durante l'analisi della dimensione di nanocristalli è lo spostamento dei picchi Raman di nanocristalli a causa dei motivi secondari, che potrebbe tradursi in interpretazioni errate dimensioni utilizzando la spettroscopia Raman. Queste ragioni secondarie sono modifica strutturale (crescita del grano o cambiamento di forma) di nanocristalli sotto eccessiva potenza laser Raman durante la misurazione, e lo stress indotto dalla matrice, in cui sono incorporati nanocristalli (se presente). Per evitare un eccessivo riscaldamento del laser, si consiglia di avviare la misura con la potenza del laser più conveniente e aumentarlagradualmente a stabilire un chiaro segnale. Finché la forma e la posizione dei picchi rimane stabile indipendente dalla potenza del laser utilizzato, si può ritenere che la potenza del laser utilizzato è il limite di sicurezza. 13 Inoltre, il limite oltre il quale, un riscaldamento correlato allargamento dei picchi Raman è osservata è definito in letteratura come l'allargamento Fano. 12,19 Finché il limite ampliare Fano non è raggiunto, le nanoparticelle non sono soggetti a riscaldamento apportare modifiche correlate. Se il picco-shift allo stress è presente, è inevitabile, e deve essere contabilizzato prima di determinare il picco-shift size-dipendente. La quantità di stress può essere determinato mediante diffrazione di raggi X (XRD), dove uno spostamento della posizione di picco di diffrazione è una misura dello stress. Lo stress stimato può quindi essere rappresentato nello spettro Raman con un'aggiunta del termine picco-shift di stress-dipendente. 18 Se no stress è osservata da XRD, analisi diretta della distribuzione dimensionale può essere eseguitadallo spettro Raman come misurato. Poiché tutte le nanoparticelle hanno strutture stabili, come osservato in precedenza, il 14 cristallinità è ben consolidata, e le preoccupazioni connesse con le strutture cristalline poveri sono esclusi per l'analisi Raman.
Il multi-particelle analitico-PCM mostrato in figura 2 a è flessibile in termini di funzione di distribuzione e la funzione di confinamento utilizzato. Per esempio, qualsiasi tipo di funzione di distribuzione generico può essere sostituito con funzione di distribuzione lognormale, cioè potrebbe essere un lognormale, normale, o una funzione logistica, senza compromettere la funzione fonone parto. Inoltre, l'analisi-PCM dimostrato nella figura 2 c possono essere ridefiniti a seconda del tipo di materiale da utilizzare. Alcuni sistemi di nanocristalli che presentano dipendenti dalle dimensioni Raman picco turni (in modo che le loro distribuzioni dimensione puòanche essere determinato utilizzando la spettroscopia Raman) sono Ge-NC, 20 Sno 2 -NCs, 21 TiO2 -NCs, 22 e diamante-NC. 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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