Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hình Ảnh Thời Gian và Quang Phát Sáng của Các Hạt Nano Treo Trong Khí Synthesized Bằng Phương Pháp Đập Laser: Động Học, Vận Chuyển, Thu Thập và Phân Tích Ex Situ
Tóm tắt
Động học hình thành hạt nano trong pha khí bằng phương pháp đập laser xung vào khí nền được tiết lộ thông qua hình ảnh quang phát sáng và ánh sáng tán xạ Rayleigh từ các hạt nano SiOx treo trong khí sau khi đập các mục tiêu c-Si vào He và Ar trong khoảng 1-10 Torr. Hai nhóm hiện tượng động học được trình bày trong thời gian lên đến 15 giây sau khi đập laser KrF. Việc đập Si vào khí Ar nặng hơn dẫn đến một đám mây hạt nano đồng nhất, đứng yên, trong khi việc đập Si vào khí He nhẹ hơn tạo ra một vòng hạt bụi đang khuếch tán về phía trước với tốc độ 10 m/s. Các tác động của dòng khí đối với sự hình thành, quang phát sáng và thu thập hạt nano được mô tả. Các phổ quang phát sáng thời gian giải quyết tại chỗ đầu tiên từ các hạt silicon có đường kính từ 1-10 nm được đo trong quá trình hình thành và vận chuyển các hạt nano. Ba băng tần phổ (1.8, 2.5 và 3.2 eV) tương tự như quang phát sáng từ silicon xốp đã oxy hóa được đo, nhưng có cấu trúc vibronic nổi bật. Kích thước và thành phần của từng hạt nano ngưng tụ trong khí được xác định thông qua kính hiển vi điện tử quét truyền và được tương quan với quang phát sáng trong pha khí. Các bộ phim hạt nano dạng mạng nhện đã được thu thập ở nhiệt độ phòng và 77K trên các nền c-Si. Sau khi trải qua các quá trình an toàn tiêu chuẩn, các bộ phim này thể hiện quang phát sáng mạnh ở nhiệt độ phòng bao gồm 3 băng tần phổ hài hòa với các phép đo trong pha khí, tuy nhiên thiếu cấu trúc vibronic. Những kỹ thuật này chứng minh các phương pháp mới để nghiên cứu và tối ưu hóa sự phát sáng của các vật liệu nano quang điện tử mới trong quá trình tổng hợp ở pha khí, trước khi tiến hành lắng đọng.
Từ khóa
#phát sáng quang #hạt nano #đập laser #khí nền #động họcTài liệu tham khảo
H.W. Kroto, J. R. Heath, S. C. O’Brien, R.F. Curl, and R. E. Smalley, Nature 318, 162 (1985).
W. L. Wilson, P. F. Szajowski, L.E. Brus, Science 262, 1242 (1993).
S. Schuppler, S. L. Friedman, M. A. Marcus, D. L. Adler, Y.-H. Xie, F. M. Ross, Y. J. Chabal, T. D. Harris, L.E. Brus, W.L. Brown, E. E. Chaban, P. F. Szajowski, S. B. Christman, and P. H. Citrin, Phys. Rev. B 52, 4910 (1995).
L.A. Chiu, A. A. Seraphin, and K.D. Kolenbrander, J. Electronic Materials 23, 347 (1994).
E. Werwa, A. A. Seraphin, L.A. Chiu, C. Zhou, and K.D. Kolenbrander, Appl. Phys. Lett. 64, 1821 (1994).
M.S. El-Shall, S. Li, and T. Turkki, D. Graiver, U.C. Pernisz, M.I. Baraton, J.Phys. Chem. 99, 17805 (1995).
S. Li, S.J. Silvers, and M. S. El-Shall, J. Phys. Chem. B, 101, 1794 (1997).
I.A. Movtchan, W. Marine, R.W. Dreyfus, H.C. Le, M. Sentis, and M. Autric, Appl. Surf. Sci. 96–98, 251 (1996).
T. Yoshida, S. Takeyama, Y. Yamada, and K. Mutoh, Appl. Phys. Lett. 68, 1772 (1996).
Y. Yamada, T. Orii, I. Umezu, S. Takeyama and T. Yoshida, Jpn. J. Appl. Phys. 35, 1361 (1996).
T. Makimura, Y. Kunii, and K. Murakami, Jpn. J. Appl. Phys., 35 4780 (1996).
Pulsed Laser Deposition of Thin Films, Ed. by D. B. Chrisey and G. K. Hubler, (Wiley-Interscience Publisher), 1994.
D.H. Lowndes, D. B. Geohegan, A. A. Puretzky, D. P. Norton, and C.M. Rouleau, Science 273, 898 (1996).
T. Yoshida, Y. Yamada, and T. Orii, Technical Digest of the International Electron Devices Meeting, San Francisco, CA, Dec. 8-11, 1996, IEEE.
K.D. Hirschman, L. Tsybeskov, S.P. Duttagupta, and P.M. Fauchet, Nature 384, 338 (1996).
J. Muramoto, Y. Nakata, T. Okada and M. Maeda, Jpn. J. Appl. Phys. 36 L563 (1997).
D. B. Geohegan, A. A. Puretzky, G. Duscher, and S. J. Pennycook, Appl. Phys. Lett. (in press).
D. B. Geohegan, Appl. Phys. Lett. 60, 2732 (1992).
D. B. Geohegan, Thin Solid Films 220, 138 (1992).
H.C. van de Hulst: Light Scattering by Small Particles (Dover Publications, New York, 1981). Rayleigh scattering from silicon spheres, θ = 90°, with (φ = 2.9 × 1017 cm-2 photons, gives 3.1 × 10-7 r6 photons/particle at our CCD detector, requiring a density of r = 7.5 × 1012 r-6 cm-3 particles of radius r (in nm) for 1 count/pixel. To detect 1 nm particles, 2.7% of the plume atoms would need to condense.
Broad reviews are given by (a) P. M. Fauchet, J. Lumin. 70, 294 (1996).
F. Koch, V. Petrova-Koch, J. Non-Cryst. Solids 198–200, 846 (1996).
Martin F. Jarrold, Science 252, 1085 (1991).
E.C. Honea, J. S. Kraus, J. E. Bower, and M. F. Jarrold, Z. Phys. D 26, 141 (1993).
D. B. Geohegan, A. A. Puretzky, G. Duscher, and S. J. Pennycook, submitted.
R.F. Wood, K.R. Chen, J. N. Lebouef, A. A. Puretzky, and D. B. Geohegan, Phys. Rev. Lett. 79, 1571 (1997). D. B. Geohegan and A. A. Puretzky Appl. Phys. Lett. 67, 197 (1995). (c) Appl. Surf. Sci. 96–98, 131 (1996).
J.P. Proot, C. Delerue, and G. Allan, Appl. Phys. Lett. 61, 1948 (1992).
T. Takagahara and K. Takeda, Phys. Rev. B 46, 15578 (1992).
X. Zhao, O. Schoenfeld, S. Komuro, Y. Aoyagi, T. Sugano, Phys. Rev. B 50, 18654 (1994).
X. Zhao, O. Schoenfeld, S. Komuro, Y. Aoyagi, T. Sugano, Jpn. J. Appl. Phys. 33, L899 (1994).
R. E. Hummel, M.H. Ludwig, S. S. Chang, P.M. Fauchet, Ju. V. Vandyshev, and L. Tsybeskov, Solid State Comm. 95, 553 (1995).
H. Morisaki, H. Hashimoto, F.W. Ping, H. Nozawa, and H. Ono, J. Appl. Phys. 74, 2977 (1993).
Q. Zhang, S. C. Bayliss, D. A. Hutt, Appl. Phys. Lett. 66, 1977 (1995).
K. Kim, et al., Appl. Phys. Lett. 69, 3908 (1996).
W.C. Choi, et al.,, Appl. Phys. Lett. 69, 3402 (1996).
L.N. Dinh, L.L. Chase, M. Balooch, W.J. Siekhaus, and F. Wooten, Phys. Rev. B, 54, 5029 (1996).
These include hydrocarbon contaminants (see L. T. Canham, A. Loni, P.D. J. Calcott, A. J. Simons, C. Reeves, R. Houlton, J. P. Newey, K. J. Nash, T. I. Cox, Thin Solid Films 276, 112 (1996).)
siloxene (M.S. Brandt, H. D. Fuchs, M. Stutzmann, J. Weber and M. Cardona, Solid State Comm. 81, 307 (1992).), silanol (see Ref. 19) or photofragmentation of the Si-clusters themselves
(see K.D. Rinnen and M. L. Mandich, Phys. Rev. Lett. 69, 1823 (1992).)
P. D. J. Calcott, K. J. Nash, L.T. Canham, M. J. Kane Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 358, 465 (1995).
P. D. J. Calcott, K. J. Nash, L.T. Canham, M. J. Kane and D. Brumhead, J. Lumin. 57, 257 (1993).
Y. Kanemitsu, N. Shimuzu, T. Komoda, P.L.F. Hemment, and B. J. Sealy, Phys. Rev. B 54, R14329 (1996).
T. Suemoto, K. Tanaka, A. Nakajima, and T. Hakura, Phys. Rev. Lett. 70, 3659 (1993).
T. Okada, T. Iwaki, K. Yamamoto, H. Kasahara and K. Abe, Solid State Comm., 49, 809 (1984).
K. Kimura and S. Iwasaki, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Fall 1997, in press.
Spectrum courtesy T. Makimura et al, unpublished.
Louis Brus, J. Phys. Chem. 98, 3575 (1994).