ИСТИНА

Проект посвящен исследованию механизмов излучательной и безызлучательной рекомбинации носителей заряда в ансамблях нанокристаллов кремния, обладающих высокой квантовой эффективностью люминесценции (более 20 %) и, как следствие, перспективных для применения в оптоэлектронике. Цель проекта – изучение природы резкого увеличения квантового выхода люминесценции нанокристаллов кремния при их функционализации (покрытии наночастиц защитной оболочкой). Задачей проекта является проверка гипотезы о том, что существенное повышение эффективности фотолюминесценции нанокристаллов кремния связано не столько с фактом пассивации поверхностных дефектов в процессе функционализации, но определяется в первую очередь типом пассивирующих молекул и характером их взаимодействия с нанокристаллическим ядром. В проекте для функционализации нанокристаллов кремния будет использован алкен (октадецен), т.к. согласно литературным данным пассивация поверхности нанокристаллов кремния именно углеводородами приводит к наибольшему росту квантового выхода их фотолюминесценции. Особое внимание в проекте будет посвящено исследованию влияния энергетических состояний, локализованных на поверхности кремниевых квантовых точек, на механизмы рекомбинации носителей заряда. Для выполнения поставленных задач планируется применить комплексный подход, основанный на совместном использовании методик фотолюминесцентной спектроскопии, просвечивающей электронной микроскопии, спектроскопии электронного парамагнитного резонанса, а также рамановской и ИК-спектроскопии, что необходимо для всестороннего анализа структурных и оптических свойств образцов функционализированных нанокристаллов Si с целью определения природы и механизмов их фотолюминесценции.

В работе исследовано влияние типа пассивирующих молекул алкенов на спектр, кинетику и квантовый выход фотолюминесценции функционализированных кремниевых наноструктур. Экспериментальные образцы микропористого кремния, содержащие кремниевые нанокристаллы, были приготовлены методом электрохимического травления пластин монокристаллического кремния с последующим растворением полученного порошка в октадецене или децене непосредственно после окончания процесса травления, что позволило подавить процесс окисления поверхности, происходящий в обычных условиях при взаимодействии микропористого кремния с атмосферным кислородом. Для исследования механизмов излучательных и безызлучательных переходов носителей заряда полученные образцы были исследованы методами ИК-, ЭПР, рамановской и фотолюминесцентной спектроскопии. В ходе проведенных исследований были получены оценки размеров образующихся в процессе травления нанокристаллов кремния, которые составили 6 – 7 нм для порошков пористого кремния и 3.5 – 4.5 нм для суспензий пористого кремния с углеводородами, что может быть объяснено либо оседанием более крупных кристаллитов в суспензии, либо наличием медленного «остаточного» процесса окисления, приводящего к уменьшению среднего размера nc-Si со временем. Проведены оценки относительного квантового выхода фотолюминесценции функционализированных образцов микропористого кремния, который составляет от 22 до 32%. Это соответствует заявленным в литературе значениям (>20%) и более чем на порядок превосходит внешний квантовый выход порошков микропористого кремния. Обнаружено, что суспензия микропористого кремния в октадецене обладает существенно большей стабильностью фотолюминесцентных характеристик во времени по сравнению с аналогичной суспензией в децене, что указывает на неполное подавление процесса окисления в последних образцах. На основании анализа полученных экспериментальных данных выдвинута гипотеза о природе и механизмах высокоэффективной люминесценции кремниевых наноструктур, функционализированных молекулами алкенов.