Вплив золота на структурні дефекти кремнію
DOI:
https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-2-38Ключові слова:
кремній, золото, раманівська спектроскопія, інфрачервона спектроскопія, дифузія, скануюча електронна мікроскопія, термічна обробка, температура, компаундАнотація
У цьому дослідженні було проведено комплексне дослідження впливу легування кремнію золотом на оптичні властивості та морфологію шарів кремнію. Для цього використовували методи раманівської спектроскопії, інфрачервоної спектроскопії з перетворенням Фур’є (FTIR) та скануючої електронної мікроскопії (SEM). Результати дослідження показали, що перехід від вихідного кремнію до легованого золотом кремнію призводить до значних змін оптичних властивостей і морфології шарів. Спектри КРС показали характерні піки в областях 144, 304, 402, 464, 522, 948 і 973 см–1, пов’язані з порушенням дальнього порядку кристалічної решітки та взаємодією золота з кремнієм. Інтенсивність і положення піків у спектрах дозволили зробити висновки про структурні зміни, включаючи зниження кристалічності та утворення аморфних і нанокристалічних структур у зразках після обробки при 1373 К. Нові піки в спектрах КРС, пов'язані з Au Розтягування -Au і утворення нових зв'язків Si - Au, підтверджують процеси в шарах кремнію при сплаві золотом. Дослідження СЕМ дали інформацію про структуру, хімічний склад і розташування зразків n-Si-Au і p-Si-Au. Експериментально встановлено сферичне розташування атомів золота на поверхні монокристалічного кремнію, що свідчить про дифузію золота та утворення силікату золота, який вносить позитивний заряд на поверхню розділу. Морфологічні зміни включали збільшення кількості агломератів з розміром нанокристалів менше 7–9 нм та збільшення прозорості шару. Ці результати вказують на можливість покращення фоточутливості гетероструктур із композитним шаром Si–Au за рахунок квантово-розмірного та плазмонного ефектів включень, що містять наночастинки кремнію та золота.
Посилання
A. Herz, D. Wang, R. Müller, and P. Schaaf, “Formation of supersaturated Au–Ni nanoparticles via dewetting of an Au/Ni bilayer,” Mater. Lett. 102-103, 22–25 (2013). https://doi.org/10.1016/j.matlet.2013.03.096
M. Sang, K. Kang, Y. Zhang, H. Zhang, K. Kim, M. Cho, J. Shin, J.H. Hong, T. Kim, Sh.K. Lee, W.H. Yeo, J.W. Lee, T. Lee, B. Xu, and K.J. Yu, “Ultrahigh Sensitive Au-Doped Silicon Nanomembrane Based Wearable Sensor Arrays for Continuous Skin Temperature Monitoring with High Precision,” Adv. Mater. 34(4), 2105865 (2022). https://doi.org/10.1002/adma.202105865
G.R. Moghal, “Chemical-bond model for gold surface states in gold doped silicon/silicon dioxide structures,” Int. J. Electronics, 53(3), 271-279 (1982). https://doi.org/10.1080/00207218208901509
W.R. Thurber, D.C. Lewis, and W.M. Buillis, “Resistivity and carrier life time in gold - doped silicon,” Electronic Technology Division Institute for Applied Technology National Bureau of Standards Washington, D.C. 20234, (1973). https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/IR/nbsir73-128.pdf
S.O. Konorov, H.G. Schulze, M.W. Blades, and R.F.B. Turner, “Silicon−Gold−Silica Lamellar Structures for Sample Substrates That Provide an Internal Standard for Raman Microspectroscopy,” Anal. Chem. 86(19), 9399–9404 (2014). https://doi.org/10.1021/ac501922a
M. Aono, M. Takahashi, H. Takiguchi, Y. Okamoto, N. Kitazawa, and Y. Watanabe, “Thermal annealing of a-Si/Au superlattice thin films,” Journal of Non-Crystalline Solids, 358(17), 2150-2153 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2011.12.088
K. Fukami, M.L. Chourou, R. Miyagawa, A.M. Noval, T. Sakka, M. Manso-Silván, R.J. Martin-Palma, and Y.H. Ogata, “Gold Nanostructures for Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, Prepared by Electrodeposition in Porous Silicon,” Materials, 4, 791-800 (2011). https://doi.org/10.3390/ma4040791
D. Beeman, R. Tsu, and M.F. Thorpe, “Structural information from the Raman spectrum of amorphous silicon,” Phys. Rev. B, 32, 874 (1985). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.32.874
P. Danesh, B. Pantchev, K. Antonova, E. Liarokapis, B. Schmidt, D. Grambole, and J. Baran, “Hydrogen bonding and structural order in hydrogenated amorphous silicon prepared with hydrogen-diluted silane,” J. Phys. D, 37, 249 (2004). https://doi.org/10.1088/0022-3727/37/2/013
R. Tsu, J.G. Hernandez, and F.H. Pollak, “Determination of energy barrier for structural relaxation in a-Si and a-Ge by Raman scattering,” J. NonCryst. Solids, 66, 109 (1984). https://doi.org/10.1016/0022-3093(84)90307-7
Z.Q. Cheng, H.Q. Shi, P. Yu, and Z.M. Liu, ‘Surface - enhanced Raman scattering effect of silver nanoparticles array,” Acta Phys. Sin. 67(19), 197302 (2018). https://doi.org/10.7498/aps.67.20180650
F. Huisken, H. Hofmeister, B. Kohn, M.A. Laguna, and V. Paillard, “Laser production and deposition of light-emitting silicon nanoparticles,” Appl. Surf. Sci. 154–155, 305 (2000). https://doi.org/10.1016/s0169-4332(99)00476-6
V. Vinciguerra, G. Franzo, F. Priolo, F. Iacona, and C. Spinella, “Quantum confinement and recombination dynamics in silicon nanocrystals embedded in Si/SiO2 superlattices,” J. Appl. Phys. 87, 8165 (2000). https://doi.org/10.1063/1.373513
Zh. Ma, X. Liao, J. He, W. Cheng, G. Yue, Y. Wang, and G. Kong, “Annealing behaviors of photoluminescence from SiOx:H,” J. Appl. Phys. 83, 7934 (1998). https://doi.org/10.1063/1.367973
S. Zhang, W. Zhang, and J. Yuan, “The preparation of photoluminescent Si nanocrystal–SiOx films by reactive evaporation,” Thin Solid Films, 326, 92 (1998). https://doi.org/10.1016/S0040-6090(98)00532-X
J. Zi, H. Buscher, C. Falter, W. Ludwig, K. Zhang, and X. Xie, “Raman shifts in Si nanocrystals,” Appl. Phys. Lett. 69, 200 (1996). https://doi.org/10.1063/1.117371
Kh.S. Daliev, Z.E. Bahronkulov, and J.J. Hamdamov, “Investigation of the Magnetic Properties of Silicon Doped with Rare-Earth Elements,” East Eur. J. Phys. (4), 167 (2023). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-4-18
Kh.S. Daliev, Sh.B. Utamuradova, Z.E. Bahronkulov, A.Kh. Khaitbaev, and J.J. Hamdamov, “Structure Determination and Defect Analysis n-Si, p-Si Raman Spectrometer Methods,” East Eur. J. Phys. (4), 193 (2023). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-4-23
K.J. Kingma, and R.J. Hemley, “Raman spectroscopic study of microcrystalline silica,” American Mineralogist, 79(3-4), 269 273 (1994). https://pubs.geoscienceworld.org/msa/ammin/article-pdf/79/3-4/269/4209223/am79_269.pdf
Sh.B. Utamuradova, H.J. Matchonov, Zh.J. Khamdamov, and H.Yu. Utemuratova, “X-ray diffraction study of the phase state of silicon single crystals doped with manganese,” New Materials, Connections Oath Applications, 7(2), 93-99 (2023). http://jomardpublishing.com/UploadFiles/Files/journals/NMCA/v7n2/Utamuradova_et_al.pdf
Kh.S. Daliev, Sh.B. Utamuradova, J.J. Khamdamov, and M.B. Bekmuratov, “Structural Properties of Silicon Doped Rare Earth Elements Ytterbium,” East Eur. J. Phys. (1), 375-379 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-1-37
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
