Структура, состав и люминесцентные свойства окисленного пористого кремния, легированного эрбием

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Работа посвящена исследованию люминесцентных свойств пористого кремния, легированного эрбием. Разработка полупроводниковых материалов, активированных лантаноидами, является актуальной задачей современной физики и технологии оптоэлектронных приборов. Объект исследований – окисленный пористый кремний, легированный ионами эрбия. Проведен структурно-морфологический анализ и исследованы люминесцентные свойства образцов люминесцентных структур на основе пористого кремния, легированного эрбием. В исследованиях применялись методы растровой электронной микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния света и микро-фотолюминесцентной спектроскопии. Проведенный анализ выборки образцов показал корреляцию между технологическими параметрами изготовленных люминесцентных структур и эффективностью их фотолюминесценции. Результаты проведенных исследований могут быть положены в основу методики изготовления кремниевых люминесцентных структур для оптоэлектроники.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. Н. Артемьев

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С. П. Королева

Автор, ответственный за переписку.
Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0002-1942-8205
Россия, Самара

Н. В. Латухина

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С. П. Королева

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0003-2651-0562
Россия, Самара

А. А. Мельников

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С. П. Королева

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0002-1953-3670
Россия, Самара

Д. А. Нестеров

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С. П. Королева

Email: journal@electronics.ru
Россия, Самара

М. В. Степихова

Институт физики микроструктур РАН

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0001-8269-0348
Россия, г. Нижний Новгород

Э. Х. Хамзин

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С. П. Королева

Email: journal@electronics.ru
Россия, Самара

Список литературы

  1. Timoshenko V. Y. et al. Erbium ion luminescence of silicon nanocrystal layers in a silicon dioxide matrix measured under strong optical excitation. Phys. Solid State. 2005 (47), pp. 121–124.
  2. Hamzin E. H. et al. Poristyj kremnij, dopirovannyj erbiem, dlya optoelektricheskih prilozhenij. Mezhdunarodnaya konferenciya Fizik A.SPb: tezisy dokladov mezhdunarodnoj konferencii. 2023; 2023:160–161. Хамзин Э. Х. и др. Пористый кремний, допированный эрбием, для оптоэлектрических приложений. Международная конференция ФизикА.СПб: тезисы докладов международной конференции. 2023; 2023:160–161.
  3. Latukhina N. V., Lizunkova D. A., Rogozhina G. A., Zhiltsov I. M., Stepykhova M. V., Chepurnov V. I. Multilayer nanostructures based on porous silicon for optoelectronics. Photonics Russia. 2018; 5: 508–513. Латухина Н. В. и др. Многослойные наноструктуры на базе пористого кремния для оптоэлектроники. Фотоника. 2018; 5: 508–513.
  4. Nabi M. Photoluminescence Emission Control of Porous Silicon. Soft Nanoscience Letters, 2019 v.9, pp.35–44.
  5. Gaponenko N. V. et al. Izluchatel’nye svojstva ap-konversionnyh pokrytij, formiruemyh na osnove kserogelej titanata bariya, legirovannyh erbiem. Fizika i tekhnika poluprovodnikov. 2021;55(9):713–718. Гапоненко Н. В. и др. Излучательные свойства ап-конверсионных покрытий, формируемых на основе ксерогелей титаната бария, легированных эрбием. Физика и техника полупроводников. 2021;55(9):713–718.
  6. Gaofeng Liang et al. Recent progress in the development of upconversion nanomaterials in bioimaging and disease treatment. J. Nanobiotechnol. 2020; 18:154 https:.doi.org/10.1186/s12951–020–00713–3.
  7. Reddy K. L. et al. Micro-wave-assisted one-step synthesis of acetate-capped NaYF4: Yb/Er upconversion nanocrystals and their application in bioimaging. J. Mater Sci. 2017;52:5738. https:.link.springer.com/article/10.1007/s10853-017-0809-z
  8. Kenyon. A. J. Erbium in silicon. Semicond. Sci. Technol. 2005;20: R65–R84. doi: 10.1088/0268-1242/20/12/R02
  9. Seredin P. V. Photoluminescent properties of porous silicon and methods for their modification. Young scientist. 2012; 10 (45): 17–23. URL: https:.moluch.ru/archive/45/5494/
  10. Islam A., Aynul A. T. Erbium Related Photoluminescence of Silicon: Influence of Co-doping with Oxygen and Hydrogenation. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2021;1117:012005. doi: 10.1088/1757-899X/1117/1/012005
  11. Khawla A. et al. Enhanced photoluminescence property of porous silicon treated with bismuth (III). Inorganic Chemistry Communications. 2021;130:108679. doi: 10.1016/j.inoche.2021.108679
  12. Chan K. S., Dwight T. J. E. Photoluminescence, morphological and electrical properties of porous silicon formulated with different HNO3 concentrations. Results in Physics. 2018;10:5–9.
  13. Mula G. et al. Doping porous silicon with erbium: pores filling as a method to limit the Er-clustering effects and increasing its light emission. Sci. Rep. 2017; 7: 5957. doi: 10.1038/s41598-017-06567-4Corpus ID: 256908711
  14. Gongalsky M. B. et al. Enhanced photoluminescence of porous silicon nanoparticles coated by bioresorbable polymers. Nanoscale Res Lett, 2012;7(1): 446.
  15. Sokolov S. A. et al. Photoluminescence of rare earth ions (Er3, Yb3+) in a porous silicon matrix|. Thin Sol. Films. 2014;562:462–466.
  16. Doğan İ., Mauritius C. M. Direct characterization of nanocrystal size distribution using Raman spectroscopy. Journal of Applied Physics. 2013;114(13):134310.doi: 10.1063/1.4824178
  17. Yan D. et al. Assignments of the Raman modes of monoclinic erbium oxide. Journal of Applied Physics.2013;19: 502–507.
  18. Katō T., Takenak T. Raman study of rotational motion and vibrational dephasing dynamics of NO3 – in molten nitrates. Molecular Physics. 2006;6: 1393–1414.
  19. Kolesov B. A. Raman spectra of crystalline secondary amides. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2017;179:216–220.
  20. Zhigunov D. M. et al. Effect of thermal annealing on structure and photoluminescence properties of silicon-rich silicon oxides. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 2009: 41(6):1006–1009.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Поперечный скол образца 8: а) микрофотография скола (размер внутренней рамки 100 × 120 мкм, dпор.слоя = 45 мкм); b) РЭМ-изображение поверхности

Скачать (438KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектры комбинационного рассеяния света образцов ПК, легированных эрбием, с анализом раман-активных мод спектра: синий цвет – исходный спектр, откорректированный по базовой линии, красный – модулированный аппроксимацией, зеленые линии- фононные моды в разложении исходного спектра функциями Лоренса

Скачать (455KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Спектр микро-фотолюминесценции образцов пористого кремния, легированного эрбием

Скачать (656KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Спектр фотолюминесценции образца № 2, измеренный в двух областях поверхности с разной пористостью

Скачать (408KB)
Метаданные

Примечание

Статья рекомендована к публикации экспертным советом XXI Всероссийского молодежного конкурса-конференции по оптике, лазерной физике и физике плазмы по результатам доклада авторов (Самара)


© Артемьев Д.Н., Латухина Н.В., Мельников А.А., Нестеров Д.А., Степихова М.В., Хамзин Э.Х., 2024