https://doi.org/10.15407/iopt.2021.56.123021.56.123
Optoelectron. Semicond. Tech. 56, 123-128 (2021)
G. A. Pashchenko, L. I. Trishchuk, O. A. Kapush
PHOTOLUMINESCENCE OF NANOCRYSTALLINE CdTe, INTRODUCED INTO POROUS SILICON
A method of colloidal synthesis of monodisperse nanocrystals (NC) with high stability, narrow bands of photoluminescence (PL) and high quantum yield has been developed. The process of colloidal synthesis took place at room temperature and for the passivation of NC used a variety of surfactants. The surface of NC CdTe was modified by introducing them into a matrix, organic or crystalline. In our case, the matrix was porous Silicon (PS), that is
a composite structure was formed on the basis of the matrix and NC semiconductor. Nanocomposite structures of PS – NC CdTe were obtained by introducing colloidal solutions of NC CdTe into the solid matrix of PS and subsequent processing at a certain temperature regime. The photoluminescent properties of a composite system in which the matrix is microcrystalline PS and the second component is NC CdTe deposited from a colloidal solution of NC CdTe have been studied. The peculiarity of this system is that both components have PL of different intensities.The large difference in PL intensities and different positions of the radiation bands allowed, comparing the PL spectra of the colloidal solution of NC CdTe, PS and NC CdTe – PS at different stages of introduction of CdTe nanoparticles into the porous Silicon surface, to identify the interaction and mutual influence of the two constituent materials. The main disadvantages of the method are its relative novelty, which leads to the need for empirical selection of some parameters of the synthesis. The planned change of properties of PS and colloidal solutions of NC CdTe by variation of technological methods of synthesis and processing methods will allow to control the physical properties of this composite system and use it to develop new principles of design and creation of new generation sensor devices.
Keywords: cadmium telluride, porous silicon, nanoparticles, colloidal solution, photoluminescence, composite systems.
References
1. Tang Z., Kotov N., Giersig M. Spontaneous Organizaton of Singl CdTe Nanoparticles into Luminescent Nanowies. Science.2002. 297 (5579). Р. 237-240.
https://doi.org/10.1126/science.1072086
2. Gao M., Lesser C., Kerstein S. et.al. Electroluvinescence of different Colors from Polycation/CdTe Nanocristal Self-assembled Films. J.Appl. Phys. 2000. 87 (5). Р.2297-2302.
https://doi.org/10.1063/1.372177
3. Malashenok N.V., Strelcov E.A., Kulak A.I. Elektrohimicheskoe osazhdenie nanochastic PbSe i CdSe v porah anodnogo oksida alyuminiya iz dimetillsulfoksidnyh elektrolitov / teoriya i eksperiment. Himiya. 2012. 48 (2). S.107-110.
https://doi.org/10.1007/s11237-012-9248-8
4. Kapush O.A., Trishchuk L.I., Tomashik V.N., Tomashik Z.F., Boruk S.D. Effect of Solvent Nature on the Stability of Highly Dispersed and Nanosized Cadmium Telluride. Russ. J. Inorg. Chem. 2013. 58 (10). Р. 1166-1171.
https://doi.org/10.1134/S0036023613100124
5. Kapush O.A., Trishchuk L.I., Tomashik V.N., Tomashik Z.F. Effect of Thioglycolic Acid on the Stability and Photoluminescence Properties of Colloidal Solutions of CdTe Nanocrystals. Inorganic Materials. 2014. 50 (1). Р.13-18.
https://doi.org/10.1134/S0020168514010105
6. Kapush O.A., Trishchuk L.I., Tomashik V.N., Tomashik Z.F., Boruk S.D., Zynyuk O.V. Preparation of concentrated monodisperse colloidal solution of CdTe nanocrystals. Russ. J. Inorg. Chem. 2015. 60 (10). Р.1258-1262.
https://doi.org/10.1134/S0036023615100083
7. Kapush O.A., Trishchuk L.I., Tomashik V.N., Tomashik Z.F., Budzulyak S.I., Boruk S.D., Ermakov V.N., Demchina L.A. Effect of medium pH on an optical Properties of CdTe Nanocrystals at Colloidal Synthesis and Postsynthetic Treatment. Russ. J. Inorg. Chem. 2016. 61 (5).Р. 581-587.
https://doi.org/10.1134/S0036023616050089
8. Tomashik V.N., Trishuk L.I., Kapush O.A., Tomashik Z.F., Korbutyak D.V., Budzulyak S.I., Borkovskaya L.V., Korsunskaya N.E. Formirovanie nanostrukturirovannyh obektov na poverhnosti poluprovodnikov tipa A2B6 metodami himicheskogo travleniya i kolloidnogo sinteza, v kn.: Nanorazmernye sistemy i materialy: issledovaniya v Ukraine. Kiyiv: Akademperiodika. 2014. S. 219-225.
9. Tomashik V.N., Trishuk L.I., Kapush O.A., Tomashik Z.F., Okrepka G.M., Korbutyak D.V., Budzulyak S.I. Razrabotka novih effektivnyh metodov sinteza nanorazmernyh kristallov poluprovodnikov tipa AIIBVI i vnedrenie v tverdotelnye matricy dlya sozdaniya vysokoeffektivnyh svetoizluchayushih ustrojstv, v kn.: Fundamentalnye problemy sozdaniya novyh veshestv i materialov himicheskogo proizvodstva. Kiyiv: Akademperiodika. 2016. S. 133-145.
10. Kalem S. Optical and Structural Investigation of Stain-etched Silicon. Appl. Phys. Lett. 1995. 87 (17). Р. 2551-2553.
https://doi.org/10.1063/1.114429
11. Yuzova V.A., Semenova O.V. Poluchenie i issledovanie kremnievyh nanostruktur. Vestnik Krasnodarskogo gos. Tehnicheskogo universiteta. Tehnicheskaya fizika. 2003. S. 83-88.
Г. А. Пащенко, Л. І. Тріщук, О. А. Капуш
Фотолюмінесценція нанокристалічного CdTe, впровадженого в пористий кремній
Розроблено методику колоїдного синтезу монодисперсних нанокристалів (НК) з високою стабільністю, вузькими смугами фотолюмінесценції (ФЛ) і високим квантовим виходом. Процес колоїдного синтезу відбувався при кімнатній температурі і для пасивації НК застосовували різноманітні поверхнево-активні речовини. Проведено модифікацію поверхні НК CdTe методом впровадження їх в матрицю: органічну або кристалічну. В нашому випадку матрицею був пористий кремній (ПК), тобто виникала композитна структура на основі матриці і НК напівпровідника. Отримано нанокомпозитні структури ПК – НК CdTe шляхом впровадження в твердотільну матрицю ПК колоїдних розчинів НК CdTe і подальшою обробкою при певному температурному режимі. Досліджено ФЛ властивості композитної системи, в якій матрицею є мікрокристалічний ПК, а другим компонентом – нанокристалічний CdTe, осаджений з колоїдного розчину НК CdTe. Особливістю даної системи є те, що обидва компоненти володіють ФЛ різної інтенсивності. Велика різниця інтенсивностей ФЛ і різне положення смуг випромінювання дозволило, порівнюючи спектри ФЛ колоїдного розчину НК CdTe, ПК і системи НК CdTe – ПК на різних етапах впровадження наночастинок CdTe в пористу поверхню Si, ідентифікувати процес взаємодії і взаємовпливу двох матеріалів, що становлять композитну систему. Як основний недолік методу можна вказати його відносну новизну, що призводить до необхідності емпіричного підбору деяких параметрів синтезу. Планова зміна властивостей ПК і колоїдних розчинів НК CdTe шляхом варіації технологічних прийомів синтезу і методів обробки дозволить в широкій області управляти фізичними властивостями даної композитної системи і використовувати для розробки нових принципів проєктування та створення сенсорних приладів нового покоління.
Ключові слова: кадмій телурид, пористий кремній, наночастинки, колоїдний розчин, фотолюмінесценція, композитні системи.