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  • Controllo della fotoluminescenza con la nanofotonica del silicio per dispositivi migliori

    Gli studi di Okuno e colleghi suggeriscono che i nanocristalli sono responsabili della fotoluminescenza rossa nei nanofili di silicio. Le immagini di microscopia elettronica a trasmissione mostrano un nanofilo di silicio (a), uno zoom sull'interfaccia tra il nucleo cristallino di silicio (freccia) e l'ossido di silicio circostante nella parte centrale del nanofilo in (b) e uno zoom sull'estremità superiore (c) e (d). Il cerchio in (c) mostra un esempio di nanocristalli di silicio.

    I nanofili di silicio hanno un grande potenziale nei futuri dispositivi elettronici ad alte prestazioni, dispositivi di rilevamento ed energia. La fotoluminescenza rossa è stata segnalata nei nanofili di silicio, ma per molte applicazioni questo ostacola le prestazioni del dispositivo. Come Tsuyoshi Okuno dell'Università di Elettrocomunicazioni e i suoi colleghi sottolineano in un recente rapporto, "Sebbene il meccanismo della fotoluminescenza sia spesso discusso, raramente viene riportata la condizione dell'aspetto e l'assenza della fotoluminescenza rossa."

    Okuno e i suoi colleghi hanno fabbricato array di nanofili di silicio mediante incisione chimica assistita da metallo, un approccio semplice ed economico. Hanno depositato nanoparticelle metalliche su un wafer di silicio e hanno inciso nanofili utilizzando H2O2 acquoso. Sebbene i ricercatori non avessero un controllo preciso sulla morfologia del nanofilo, hanno osservato che concentrazioni più elevate di H2O2 portano a nanofili più spessi. Gli studi sulla fotoluminescenza non hanno rivelato un legame tra la fotoluminescenza e il diametro o la sola lunghezza del nanofilo, ma i nanofili a basso rapporto di aspetto hanno mostrato fotoluminescenza rossa.

    Ulteriori osservazioni della morfologia hanno identificato nanocristalli di silicio alle estremità del nanofilo, che è stato corroborato da studi Raman su singoli nanofili. Questi nanocristalli scompaiono con la ricottura, così come la fotoluminescenza rossa.

    I ricercatori attribuiscono la fotoluminescenza rossa a stati di difetto tra i nanocristalli e l'ossido circostante, e transizioni eccitoniche. Come concludono i ricercatori nel loro rapporto, "Si ritiene che questi risultati degli array di nanofili di silicio siano utili per future applicazioni optoelettroniche e fotovoltaiche".


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