Tăng trưởng và đặc trưng hóa các hạt nano bán dẫn trong các màng sol-gel có tính xốp

Journal of Materials Research - Tập 12 - Trang 3115-3126 - 2011
E. J. C. Dawnay1, M. A. Fardad1, Mino Green1, E. M. Yeatman1
1Department of Electrical and Electronic Engineering, Imperial College, London, England

Tóm tắt

Hai phương pháp chuẩn bị màng sol-gel được pha tạp bán dẫn, cho các ứng dụng trong quang học phi tuyến, đã được nghiên cứu và so sánh. Trong phương pháp đầu tiên, các màng xốp được quay từ dung dịch chứa tiền chất cation, sau đó phản ứng với khí H2S. Trong phương pháp thứ hai, cation được hấp phụ lên bề mặt lỗ của các màng thụ động từ dung dịch nước trước khi phản ứng với khí. Kết quả rộng rãi cho việc pha tạp CdS đã được báo cáo, và các kết quả sơ bộ cho các loại bán dẫn khác cũng được trình bày. Kết quả cho thấy rằng một lớp silica được phún xạ có thể niêm phong cấu trúc để cho phép xử lý nhiệt tiếp theo mà không làm mất đi chất pha tạp. Các hiệu ứng của xử lý nhiệt đối với các màng pha tạp được mô tả, và việc hạn chế sự tăng trưởng tinh thể bởi kích thước lỗ cũng được chỉ ra.

Từ khóa

#màng sol-gel #hạt nano bán dẫn #pha tạp #xử lý nhiệt #quang học phi tuyến

Tài liệu tham khảo

C. J. Brinker and G.W. Scherer, Sol-Gel Science, the Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing (Academic Press, New York, 1990). M.A. Fardad, E. M. Yeatman, and E. J. C. Dawnay, Proc. SPIE 2288 (Sol-Gel Optics III), 77–86 (1994). M.A. Fardad, E.M. Yeatman, E.J.C. Dawnay, M. Green, and F. Horowitz, J. Non-Cryst. Solids 183, 260–267 (1995). P. H. Roussignol, D. Ricard, and C. H. R. Flytzanis, Appl. Phys. B51, 437–442 (1990). H. Minti, M. Eyal, R. Reisfeld, and G. Berkovic, Chem. Phys. Lett. 183, 277–282 (1991). K. Fukumi, A. Chayahara, K. Kadono, T. Sakaguchi, Y. Horino, M. Miya, J. Hayakawa, and M. Satou, Jpn. J. Appl. Phys. 30, L742–L744 (1991). E. Hanamura, Phys. Rev. B 37, 1273–1279 (1988). D. Cotter, M. G. Burt, and R.J. Manning, Phys. Rev. Lett 68, 1200–1203 (1992). N. Finlayson, W.C. Banyai, C. T. Seaton, G.I. Stegeman, M. O’Neill, T. J. Cullen, and C.N. Ironside, J. Opt. Soc. Am. B 6, 675–684 (1989). K. Kang, A.D. Kepner, Y. Z. Hu, S.W. Koch, N. Peyghambarian, C-Y. Li, and T. Takada, Appl. Phys. Lett. 64, 1487 (1994). A. Chemseddine and H. Weller, Eurogel ’91, edited by S. Vilminot, R. Nass, and H. Schmidt (1992), pp. 371–382. M. Nogami, I. Kojima, and K. Nagasaka , Proc. SPIE 1758, (Sol-Gel Optics III), 557–564 (1992). S. G. Lee, K.I. Kang, P. Guerreiro, E. Wright, and N. Peyghambarian, Laser and Electro-optics Society Annual Meeting 8, 85 (1994). M. Kawachi, Opt. Quan. Electron. 22, 391–416 (1990). E. M. Yeatman and E.J. C. Dawnay, J. Sol-Gel Sci. Technol. 8, 1007–1011 (1997). M. Kawachi, M. Yasu, and T. Edhiro, Electron. Lett. 19, 583 (1983). Q. Lai, J. S. Gu, M. K. Smit, and H. Melchior, Electron. Lett. 28, 1000–1001 (1992). R. R. A. Syms, V. Schneider, W. Huang, and A.S. Holmes, Electron. Lett. 31, 1833–1834 (1995). A. S. Holmes, R.R. A. Syms, M. Li, and M. Green, Appl. Opt. 32, 4916–4921 (1993). M.D. Dvorak, B.L. Justus, D. K. Gasgill, and D.G. Hendershot, Appl. Phys. Lett. 66, 804–806 (1995). E. Cordoncillo, P. Escribano, G. Monros, M. A. Tena, V. Orera, and J. Carda, J. Solid State Chem. 118, 1–5 (1995). M. Guglielmi, A. Martucci, E. Menegazzo, G.C. Righini, S. Pelli, J. Fick, and G. Vitrant, 8th International Worshop on Glasses and Ceramics from Gel (1995). L. Spanhel, E. Arpac, and H. Schmidt, J Non-Cryst. Solids 147, 657–662 (1992). M. Nogami, K. Nagasaka, and M. Takata, J. Non-Cryst. Solids 122, 101–106 (1990). Y. Zhang, N. Raman, J. K. Bailey, C. J. Brinker, and R. M. Crooks, J. Phys. Chem. 96, 9098–9100 (1992). Kyung Moon Choi and K.J. Shea, J. Phys. Chem. 98, 3207–3214 (1994). M. A. Fardad, Ph.D. Thesis (Univ. of London Imperial College, 1995). M. A. Fardad, J. Mater. Sci. (in press). C. J. Brinker and G. W. Scherer, Sol-Gel Science, The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing (Academic Press, New York, 1990), p. 102. M.A. Fardad, E.M. Yeatman, E.J.C. Dawnay, and Mino Green, IEE Proc.: Optoelectronics 143, 298–302 (1996). A. J. Martin and Mino Green, Proc. Soc. Photo-Instr. Eng 1328, 352 (1990). E. M. Yeatman, M. Green, E. J. C. Dawnay, M. A. Fardad, and F. Horowitz, J. Sol-Gel Sci. Technol. 2, 711 (1994). Handbook of Chemistry and Physics, edited by R.C. Weast (CRC Press, Boca Raton, FL, 1985), p. B-81. Y. Kayanuma, Solid State Commun. 59, 405–408 (1986). Y. Kayanuma, Phys. Rev. B 38, 9797–9805 (1988). P. E. Lippens and M. Lannoo, Phys. Rev. B 39, 10935 (1989). L. Banyai and S.W. Koch, Semiconductor Quantum Dots (World Scientific, Singapore, 1993), p. 68. Ibid. B. G. Potter, Jr., J. H. Simmons, P. Kumar, and C. J. Stanton, J. Appl. Phys. 75, 8039–8045 (1994). P. W. Schindler, B. Furst, R. Dick, and P. U. Wolf, J. Colloidal Interface Sci. 55, 469–475 (1976). M. Nogami and K. Nagasaka , J. Non-Cryst. Solids 147, 331–334 (1992). P. W. Atkins, Physical Chemistry (Oxford University Press, 1994), p. 964. Balzers Ltd., Coating Materials, Sputtering Targets, Evaporation Sources, Quartz Crystals, edition 1993/95, p. 63. A. N. Goldstein, C. M. Echer, and A. P. Alivisatos, Science 256, 1425–1427 (1992). Handbook of Chemistry and Physics, edited by R. C. Weast (CRC Press, Boca Raton, FL, 1985), p. B-81. P. W. Atkins, Physical Chemistry (Oxford University Press, 1994), p. 818. M. Yamane, T. Takada, J.D. Mackenzie, and C-Y. Li, Proc. SPIE 1758 (Sol-Gel Optics III), 577–585 (1992). G. Vitrant, R. Reinisch, and F. Kajzar, Opt. Eng. 34, 3418–3426 (1995). E. J.C. Dawnay, J. Fick, M. Green, M. Guglielmi, A. Martucci, S. Pelli, G.C. Righini, G. Vitrant, and E. M. Yeatman, in Advanced Materials in Optics, Electro-Optics and Communication Technologies (Techna Slr, 15-20, 1995).