Optical Properties of Silicon Nanowires Obtained by Metal-Assisted Chemical Etching Using Gold Nanoparticles

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Owing to their unique structural and physical properties, silicon nanowires are a promising material for electronics, photovoltaics, photonics, sensors, and biomedicine. Despite the many methods available for the synthesis of silicon nanowires, metal-assisted chemical etching is currently one of the most promising for their cost-effective production. In most works, silver nanoparticles are used as a catalyst for the chemical reaction of crystalline silicon etching. However, the use of gold nanoparticles in metal-assisted chemical etching can significantly affect the morphology and optical characteristics of the prepared samples. In this work, silicon nanowires are synthesized by metal-assisted chemical etching of crystalline silicon using gold nanoparticles. According to high-resolution scanning and transmission electron microscopy, the resulting nanowires have a diameter of about 100 nm and consist of a crystalline core about 50 nm in diameter coated with a SiO2 shell about 25 nm thick with silicon nanocrystals at the interface. The porosity of the silicon nanowire arrays, which has been estimated from their specular reflection spectra and has been calculated using the Bruggeman effective medium model, is 70%. At the same time, the samples exhibit an extremely low (3–7%) total reflection in the spectral region of 250–1000 nm and an increase in the intensities of interband photoluminescence and Raman scattering compared to the initial crystalline silicon substrate, caused by the light localization effect. In addition, the photoluminescence of nanowires has been detected in the range of 500–1000 nm with a maximum at 700 nm, which is explained by the radiative recombination of excitons in silicon nanocrystals with a size of 3–5 nm.

Авторлар туралы

K. Gonchar

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: k.a.gonchar@gmail.com
119991, Moscow, Russia

I. Bozh'ev

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: k.a.gonchar@gmail.com
119991, Moscow, Russia

O. Shalygina

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: k.a.gonchar@gmail.com
119991, Moscow, Russia

L. Osminkina

Faculty of Physics, Moscow State University; Institute for Biological Instrumentation, Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: k.a.gonchar@gmail.com
119991, Moscow, Russia; 142290, Pushchino, Moscow region, Russia

Әдебиет тізімі

  1. A. S. Kalyuzhnaya, A. I. E mova, L. A. Golovan, K. A. Gonchar, V. Y. Timoshenko, Silicon nanomaterials sourcebook: Volume II: Arrays,functional materials, and industrial nanosilicon, CRC Press-Taylor & Francis Group, London (2017), p. 3.
  2. R. S. Wagner and W. C. Ellis, Appl. Phys. Lett. 4, 89 (1964).
  3. J. E. Allen, E. R. Hemesath, D. E. Perea, J. L. Lensch-Falk, Z. Y. Li, F. Yin, M. H. Gass, P. Wang, A. L. Bleloch, R. E. Palmer, and L. J. Lauhon, Nat. Nanotechnol 3, 168 (2008).
  4. K. Q. Peng, Y. J. Yan, S. P. Gao, and J. Zhu, Adv. Mater. 14(16), 1164 (2002).
  5. K. Q. Peng, J. J. Hu, Y. J. Yan, Y. Wu, H. Fang, Y. Xu, S. T. Lee, and J. Zhu, Adv. Funct. Mater. 16(3), 387 (2006).
  6. K. Q. Peng, A. J. Lu, R. Q. Zhang, and S. T. Lee, Adv. Funct. Mater. 18(19), 3026 (2008).
  7. V. A. Sivakov, F. Voigt, A. Berger, G. Bauer, and S. H. Christiansen, Phys. Rev. B 82(12), 125446 (2010).
  8. A. E mova, A. Eliseev, V. Georgobiani, M. Kholodov, A. Kolchin, D. Presnov, N. Tkachenko, S. Zabotnov, L. Golovan, and P. Kashkarov, Opt. Quantum Electron. 48, 232 (2016).
  9. L. A. Golovan, K. A. Gonchar, L. A. Osminkina, V. Yu. Timoshenko, G. I. Petrov, and V. V. Yakovlev, Laser Phys. Lett. 9(2), 145 (2012).
  10. К. А. Гончар, Л. А. Головань, В. Ю. Тимошенко, В. А. Сиваков, С. Кристиансен, Изв. РАН. Серия физическая 74(12), 1782 (2010)
  11. K. A. Gonchar, L. A. Golovan, V. Y. Timoshenko, V. A. Sivakov, and S. Christiansen, Bull.Russ. Acad. Sci. Phys. 74(12), 1712 (2010).
  12. В. А. Георгобиани, К. А. Гончар, Л. А. Осминкина, В. Ю. Тимошенко, ФТП 49(8), 1050 (2015)
  13. V. A. Georgobiani, K. A. Gonchar, L. A. Osminkina, and V. Yu. Timoshenko, Semicond. 49(8), 1025 (2015).
  14. S. S. Bubenov, S. G. Dorofeev, A. A. Eliseev, N. N. Kononov, A. V. Garshev, N. E. Mordvinova, and O. I. Lebedev, RSC Adv. 8(34), 18896 (2018).
  15. A. I. E mova, E. A. Lipkova, K. A. Gonchar, D. E. Presnov, A. A. Eliseev, A. V. Pavlikov, and V. Yu. Timoshenko, J. Raman Spectrosc. 51(11), 2146 (2020).
  16. P. Gorostiza, R. Diaz, M. A. Kulandainathan, F. Sanz, and J. R. Morante, J. Electroanal. Chem. 469(1), 48 (1999).
  17. X. Li and P. W. Bohn, Appl. Phys. Lett. 77(16), 2572 (2000).
  18. S. Chattopadhyay, X. Li, and P. W. Bohn, J. Appl. Phys. 91(9), 6134 (2002).
  19. V. A. Sivakov, G. Bronstrup, B. Pecz, A. Berger, G. Z. Radnoczi, M. Krause, and S. H. Christiansen, J. Phys. Chem. C 114(9), 3798 (2010).
  20. M. K. Dawood, S. Tripathy, S. B. Dolmanan, T. H. Ng, H. Tan, and J. Lam, Appl. Phys. 112, 073509 (2012).
  21. I. V. Bagal, M. A. Johar, M. A. Hassan, A. Waseem, and S.-W. Ryu, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 29, 18167 (2018).
  22. F. J. Wendisch, M. Rey, N. Vogel, and G. R. Bourret, Chem. Mater. 32(21), 9425 (2020).
  23. S. Wang, H. Liu, and J. Han, Coatings 9, 149 (2019).
  24. B. Li, G. Niu, L. Sun, L. Yao, C. Wang, and Y. Zhang, Mater. Sci. Semicond. Proc. 82, 1 (2018).
  25. M. Bechelany, E. Berodier, X. Maeder, S. Schmitt, J. Michler, and L. Philippe, ACS Appl. Mater.Interfaces 3(10), 3866 (2011).
  26. A. D. Kartashova, K. A. Gonchar, D. A. Chermoshentsev, E. A. Alekseeva, M. B. Gongalsky, I. V. Bozhev, A. A. Eliseev, S. A. Dyakov, J. V. Samsonova, and L. A. Osminkina, ACS Biomater. Sci. Eng. 8(10), 4175 (2021).
  27. B. Rossi, Optics, Addison-Wesley, Reading, MA (1957).
  28. D. A. G. Bruggeman, Ann. Phys. (Leipzig) 416(7), 636 (1935).
  29. G. Ledoux, O. Guillois, D. Porterat, C. Reynaud, F. Huisken, B. Kohn, and V. Paillard, Phys. Rev. B 62(23), 15942 (2000).

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».