О ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК КРЕМНИЯ

Представлена модель излучательных и безызлучательных переходов в квантовых точках кремния, которая описывает температурную зависимость фотолюминесценции ионно-синтезированных массивов нанокристаллов Si в SiO2. Рассмотрена четырехуровневая схема переходов, учитывающая термоактивированные процессы и обменное расщепление основного энергетического состояния экситона в нанокристалле кремния на триплетный и синглетный уровни, переходы с которых в основное состояние ответственны за люминесценцию. На основе стационарного решения системы кинетических уравнений, описывающих заселенность уровней, получено выражение для температурной зависимости монохроматических составляющих фотолюминесценции, которое удовлетворительно описывает экспериментальные результаты. Найдены и сравнены с литературными данными величины расщепления энергетического состояния экситона в зависимости от энергии излучаемых фотонов.

1. Silicon nanocrystals: fundamentals, synthesis and applications / Ed. by L. Pavesi, R. Turan.-Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2010. – 613 p.

2. Canham, L. T. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers / L. T. Canham // Appl. Phys. Lett. – 1990. – V. 57, N 10. – P.1046—1048.

3. Heitmann, J. Excitons in Si nanocrystals: confinement and migration effects / J. Heitmann, F. Muller, L. Yi, M. Zacharias, D. Kovalev, F. Eichhorn // Phys. Rev. B. – 2004. – V. 69. – P. 195309.

4. Kobitski, A. Yu. Self-trapped exciton recombination in silicon nanocrystals / A. Yu. Kobitski, K. S. Zhuravlev, H. P. Wagner, D. R. T. Zahn // Ibid. – 2001. – V. 63. – P. 115423.

5. Allan, G. Nature of luminescent surface states of semiconductor nanocrystallites / G. Allan, C. Delerue, M. Lannoo // Phys. Rev. Lett. – 1996. – V. 76, N 16. – P. 2961—2964.

6. Calcott, P. D. J. Identification of radiative transitions in highly porous silicon / P. D. J. Calcott, K. J. Nash, L. T. Canham, M. J. Kane, D. Brumhead // J. Phys: Condens. Matter. – 1993. – V. 5. – P. L91—L98.

7. Бурдов, В. А. Зависимость ширины оптической щели кремниевых квантовых точек от их размера / В. А. Бурдов // ФТП. – 2002. – Т. 36, № 10. – С. 1233—1236.

8. Delerue, C. Theoretical aspects of the luminescence of porous silicon / C. Delerue, G. Allan, M. Lannoo // Phys. Rev. B. – 1993. – V. 48, N 15. – P. 11024—11036.

9. Wang, J. Thermal activation energy of crystal and amorphous nano-silicon in SiO2 matrix / J. Wang, M. Righini, A. Gnoli, S. Foss, T. Finstad, U. Serincan, R. Turan // Solid State Communications. – 2008. – V. 147. – P. 461—464.

10. Kapoor, M. Origin of the anomalous temperature dependence of luminescence in semiconductor nanocrystallites / M. Kapoor, V. A. Singh, G. K. Johri // Phys. Rev. B. – 2005. − V. 72. – P. 195313

11. Tetelbaum, D. I. Influence of the nature of oxide matrix on the photoluminescence spectrum of ion−synthesized silicon nanostructures / D. I. Tetelbaum, O. N. Gorshkov, A. V. Ershov, A. P. Kasatkin, V. A. Kamin, A. N. Mikhaylov, A. I. Belov, D. M. Gaponova, L. Pavesi, L. Ferraioli, T. G. Finstad, S. Foss // Thin Solid Films. – 2006. – V. 515, N.1 – 2. – С. 333—337.

12. Wang, Y. Q. The effect of implantation dose on the microstructure of silicon nanocrystals in SiO2 / Y. Q. Wang, R. Smirani, G. G. Ross // Nanotechnology. – 2004. – V. 15. – P. 1554—1560.

13. Mott, N. F. Silicon dioxide and the chalcogenide semiconductors; similarities and differences / N. F. Mott // Adv. Phys. – 1977. – V. 26, N 4. – С. 363—391.

14. Fernandez, B. G. Influence of average size and interface passivation on the spectral emission of Si nanocrystals embedded in SiO2 / B. G. Fernandez, M. Lopez, C. Garcia, A. Perez-Rodriguez, J. R. Morante, C. Bonafos, M. Carrada, A. Claverie // J. Appl. Phys. – 2002. – V. 91, N 2. – P. 798—807.

15. Тетельбаум, Д. И. О влиянии процесса коалесценции и характера исходного оксида на фотолюминесценцию ионно-синтезированных нанокристаллов Si в SiO2 / Д. И. Тетельбаум, О. Н. Горшков, А. П. Касаткин, А. Н. Михайлов, А. И. Белов, Д. М. Гапонова, С. В. Морозов // ФТТ. – 2005. – Т. 47, № 1. – С. 17—21.