Кинетика фотолюминесценции пористых nc-Si–SiOx-структур

Abstract

При комнатной температуре исследована зависимость времени затухания фотолюминесценции (ФЛ) от энергии излучения в пористых наноструктурах nc-Si–SiOx. Образцы получали наклонным испарением SiO с последующим отжигом при 975 °С в вакууме и обработкой в парах HF при 50 °С. Структуры nc-Si–SiOx с различным содержанием Si (содержание Si варьировалось изменением угла осаждения SiO) в спектральной области 1,4–2,2 эВ проявляют похожие спектры ФЛ и идентичный ее (ФЛ) спад, соответствующий закону растянутой экспоненты. Предполагается, что растянутый экспоненциальный спад ФЛ является характерным для Si-нанокристаллов. Показано, что время жизни ФЛ экспоненциально уменьшается с увеличением энергии излучения. Этот результат согласуется с квантово-размерным эффектом, когда меньшие по размеру nc-Si с большей энергией запрещенной зоны характеризуются более коротким излучательным временем жизни и соответствующая излучательная рекомбинация происходит в пределах индивидуальных nc-Si.

The spectral dependence of the photoluminescence (PL) decay time at room temperature has been studied in porous nc-Si-SiOx nanostructures. Investigated samples were obtained by oblique evaporation of SiO with following annealing at 975 °C in vacuum and treating in the HF vapor at 50 °C. nc-Si-SiOx structures with different Si content (Si content was varied by changing the deposition angle of SiO) exhibit identically spectrum of PL in spectral range of 1.4-2.2 eV, and decay of PL is described by a stretched exponential low. It is suggested that stretched exponential decay of PL is a characteristic of Si nanocrystals. It is shown that the PL lifetime decreases exponentially with increasing radiation energy. This result is consistent with the quantum confinement effects, where the smaller nc-Si with larger energy gaps are characterized by a short radiative lifetime and the corresponding radiative recombination process take place within the individual nc-Si.