science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Fotoluminescentie beheersen met silicium nanofotonica voor betere apparaten

Studies door Okuno en collega's suggereren dat nanokristallen verantwoordelijk zijn voor de rode fotoluminescentie in silicium nanodraden. Transmissie-elektronenmicroscopiebeelden tonen een silicium nanodraad (a), een zoom in op het grensvlak tussen silicium kristallijne kern (pijl) en omringende siliciumoxide in het midden van de nanodraad in (b) en een zoom in op het bovenste uiteinde (c) en (d). De cirkel in (c) toont een voorbeeld van silicium nanokristallen.

Siliciumnanodraden hebben veel potentieel in toekomstige hoogwaardige elektronische, detectie- en energieapparaten. Rode fotoluminescentie is gemeld in silicium nanodraden, maar voor veel toepassingen belemmert dit de prestaties van het apparaat. Zoals Tsuyoshi Okuno van de University of Electro-Communications en zijn collega's in een recent rapport aangeven:"Hoewel het fotoluminescentiemechanisme vaak wordt besproken, de toestand van het uiterlijk en de afwezigheid van de rode fotoluminescentie wordt zelden gemeld."

Okuno en zijn collega's vervaardigden silicium nanodraadarrays door met metaal ondersteunde chemische etsing, een aanpak die eenvoudig en kosteneffectief is. Ze deponeerden metalen nanodeeltjes op een siliciumwafel en etsten nanodraden met waterig H2O2. Hoewel de onderzoekers geen precieze controle hadden over de nanodraadmorfologie, ze zagen wel dat hogere concentraties H2O2 leidden tot dikkere nanodraden. Fotoluminescentie-onderzoeken hebben geen verband aangetoond tussen fotoluminescentie en alleen de diameter of lengte van nanodraad, maar nanodraden met een lage aspectverhouding vertoonden rode fotoluminescentie.

Verdere observaties van de morfologie identificeerden silicium nanokristallen aan de uiteinden van de nanodraad, wat werd bevestigd door Raman-onderzoeken van enkele nanodraden. Deze nanokristallen verdwijnen bij uitgloeien, net als de rode fotoluminescentie.

De onderzoekers schrijven de rode fotoluminescentie toe aan defecte toestanden tussen nanokristallen en het omringende oxide, en excitonische overgangen. Zoals de onderzoekers in hun rapport concluderen, "Deze resultaten van Si-nanodraadarrays worden verondersteld nuttig te zijn voor toekomstige opto-elektronische en fotovoltaïsche toepassingen."