zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences10.47612/0514-7506-2022-89-1-51-56zhps-969Research ArticleII. МОЛЕКУЛЯРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯMOLECULAR SPECTROSCOPYАнализ пористого нанокремния на основе спектроскопии комбинационного рассеяния светаAnalysis of Porous Nanosilicon by Raman SpectroscopyРотштейнВ. М.RotshteynV. M.

Ташкент

Tashkent

vladimir.rotshteyn@gmail.comТурдалиевТ. К.TurdalievT. K.

Ташкент

Tashkent

АшуровХ. Б.AshurovKh. B.

Ташкент

Tashkent

Институт ионно-плазменных и лазерных технологий АН Республики УзбекистанInstitute of Ion-Plasma and Laser Technologies of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan2022030220228915156Copyright © Ротштейн В.М., Турдалиев Т.К., Ашуров Х.Б., 20222022Ротштейн В.М., Турдалиев Т.К., Ашуров Х.Б.Rotshteyn V.M., Turdaliev T.K., Ashurov K.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/969

Представлены технологии получения наноструктурированного кремния, в том числе пористого нанокремния. Описан способ синтеза пористого нанокремния методом электрохимического травления. Приведены основные параметры генерации пористого кремния с заданными характеристиками. Описаны результаты исследований образцов наноструктурированного пористого кремния, проведенных с использованием спектрометра InVia Raman Renishaw, позволяющего регистрировать и идентифицировать как аморфную, так и кристаллическую фазовую составляющую в образцах. По результатам гранулометрических исследований установлена кристаллическая структура образцов. Аппроксимацией спектров комбинационного рассеяния света подтверждено отсутствие аморфного кремния в исследуемых образцах. В спектрах комбинационного рассеяния света образцов наблюдается сдвиг линий в сторону меньших энергий, характерный для наночастиц при уменьшении их размеров. В спектрах фотолюминесценции синтезированных образцов пористого кремния наблюдается устойчивая интенсивная полоса в области 700–900 нм, что подтверждает нанокристаллический характер образцов. Продемонстрирована эффективность и чувствительность спектроскопии комбинационного рассеяния света, позволяющей регистрировать даже незначительные изменения в кристаллической и аморфной фракциях кремниевых структур.

The technologies of obtaining nanostructured silicon, including porous nanosilicon are presented. The method for the synthesis of porous nanosilicon using electrochemical etching is described. The main parameters of the generation of porous silicon with specified characteristics are given. The results of the study of nanostructured porous silicon samples using a Renishaw InVia Raman Spectrometer are described in detail. This spectrometer permits to register and identify both amorphous and crystalline phase components in the samples. According to the results of granulometric studies, the crystal structure of the samples is established. The approximation of the Raman spectra confirms the absence of amorphous silicon in the samples under study. In the Raman spectra of the samples, a shift of lines towards lower energies is observed, which is characteristic of nanoparticles with a decrease in their size. The photoluminescence spectra of the synthesized samples of porous silicon exhibit a stable intense band in the range 700–900 nm, which confirms the nanocrystalline nature of the samples. We demonstrate the efficiency and sensitivity of Raman spectroscopy, which makes it possible to register even insignificant changes in the crystalline and amorphous fractions of silicon structures.

пористый кремнийнанокремнийэлектрохимическое травлениенаноструктурыспектроскопия комбинационного рассеяния светафотовольтаикаспектр фотолюминесценцииспектр комбинационного рассеяниягранулометрический контрольporous siliconnanosiliconelectrochemical etchingnanostructuresRaman spectroscopyphotovoltaicsphotoluminescence spectrumRaman spectrumparticle size controlReferencesВ. П. Афанасьев, Е. И. Теруков, А. А. Шерченков. Тонкопленочные солнечные элементы на основе кремния, Cанкт-Петербург, СПбГЭТУ, ЛЭТИ (2011) 142—151.В. П. Афанасьев, Е. И. Теруков, А. А. Шерченков. Тонкопленочные солнечные элементы на основе кремния, Cанкт-Петербург, СПбГЭТУ, ЛЭТИ (2011) 142—151.А. А. Ищенко, Г. В. Фетисов, Л. А. Асланов. Нанокремний: свойства, получение, применение, методы исследования и контроля, Москва, Физматлит (2011) 93—107.А. А. Ищенко, Г. В. Фетисов, Л. А. Асланов. Нанокремний: свойства, получение, применение, методы исследования и контроля, Москва, Физматлит (2011) 93—107.Arvind Shah. Thin-film Silicon Solar Cells, EPFL Press (2010).Arvind Shah. Thin-film Silicon Solar Cells, EPFL Press (2010).С. В. Заботнов, Ф. В. Кашаев, Д. В. Шулейко, М. Б. Гонгальский, Л. А. Головань, П. К. Кашкаров, Д. А. Логинова, П. Д. Агрба, Е. А. Сергеева, М. Ю. Кириллин. Квант. электрон., 47, № 7 (2017) 638—646.С. В. Заботнов, Ф. В. Кашаев, Д. В. Шулейко, М. Б. Гонгальский, Л. А. Головань, П. К. Кашкаров, Д. А. Логинова, П. Д. Агрба, Е. А. Сергеева, М. Ю. Кириллин. Квант. электрон., 47, № 7 (2017) 638—646.N. V. Sharonova, A. A. Ischenko, E. Y. Yagudaeva, S. V. Sizova, E. V. Smirnova, A. Y. Ermakova, A. P. Sviridov, V. P. Zubov. Изв. вузов. Химия и хим. технология, 62, № 9 (2019) 86—96, https://doi.org/10.6060/ivkkt.20196209.5929N. V. Sharonova, A. A. Ischenko, E. Y. Yagudaeva, S. V. Sizova, E. V. Smirnova, A. Y. Ermakova, A. P. Sviridov, V. P. Zubov. Изв. вузов. Химия и хим. технология, 62, № 9 (2019) 86—96, https://doi.org/10.6060/ivkkt.20196209.5929N. V. Latukhina. Proc. Eng., 104 (2015) 157—161.N. V. Latukhina. Proc. Eng., 104 (2015) 157—161.Н. В. Латухина. Материалы XVI Всерос. молод. Самарского конкурса-конф. науч. работ по оптике и лазерной физике, Самара, 13—17 ноября 2018 г., Москва, Физ. ин-т РАН (2018) 136—141.Н. В. Латухина. Материалы XVI Всерос. молод. Самарского конкурса-конф. науч. работ по оптике и лазерной физике, Самара, 13—17 ноября 2018 г., Москва, Физ. ин-т РАН (2018) 136—141.N. V. Latukhina. Photon. Rus., 12, N 5 (2018) 508—513.N. V. Latukhina. Photon. Rus., 12, N 5 (2018) 508—513.H. J. Kim. Thin Solid Films, 511 (2006) 411—414.H. J. Kim. Thin Solid Films, 511 (2006) 411—414.H. Degans. Photovoltaic. Int. J., August (2008) 83—85.H. Degans. Photovoltaic. Int. J., August (2008) 83—85.R. Chaoui. Desalination, 209 (2007) 118—121.R. Chaoui. Desalination, 209 (2007) 118—121.R. S. Dubey. J. Optoelectron. Biomed. Mater., 1 (2009) 8—14.R. S. Dubey. J. Optoelectron. Biomed. Mater., 1 (2009) 8—14.M. Lipinski. Optoelectron. Rev., 8, N 4 (2000) 418—420.M. Lipinski. Optoelectron. Rev., 8, N 4 (2000) 418—420.S. A. Sokolov, R. Rösslhuber, D. M. Zhigunov, N. V. Latukhina, V. Yu. Timoshenko. Thin Solid Films, 562 (2014) 462—466.S. A. Sokolov, R. Rösslhuber, D. M. Zhigunov, N. V. Latukhina, V. Yu. Timoshenko. Thin Solid Films, 562 (2014) 462—466.С. Ашмонтас. Письма в ЖТФ, 32, № 14 (2006) 8—14.С. Ашмонтас. Письма в ЖТФ, 32, № 14 (2006) 8—14.Д. И. Биленко. ФТП, 41, № 8 (2007) 945—949.Д. И. Биленко. ФТП, 41, № 8 (2007) 945—949.Д. И. Биленко. ФТП, 39, № 7 (2005) 834—838.Д. И. Биленко. ФТП, 39, № 7 (2005) 834—838.В. В. Болотов. ФТП, 41, № 8 (2007) 981—983.В. В. Болотов. ФТП, 41, № 8 (2007) 981—983.О. И. Ксенофонтова, А. В. Васин, В. В. Егоров, А. В. Бобыль, Ф. Ю. Солдатенков, Е. И. Теруков, В. П. Улин, Н. В. Улин, О. И. Киселев. ЖТФ, 84, № 1 (2014) 67—78.О. И. Ксенофонтова, А. В. Васин, В. В. Егоров, А. В. Бобыль, Ф. Ю. Солдатенков, Е. И. Теруков, В. П. Улин, Н. В. Улин, О. И. Киселев. ЖТФ, 84, № 1 (2014) 67—78.В. В. Трегулов. Вестн. МГОУ. Сер. Физика-Математика, № 1 (2015).В. В. Трегулов. Вестн. МГОУ. Сер. Физика-Математика, № 1 (2015).Leigh Canham. Handbook of Porous Silicon, ISBN 978-3-319-71380-9 (2018) 3—37.Leigh Canham. Handbook of Porous Silicon, ISBN 978-3-319-71380-9 (2018) 3—37.Р. И. Баталов, В. Ф. Валеев, В. И. Нуждин, В. В. Воробьев, Ю. Н. Осин, Д. В. Лебедев, А. А. Бухараев, А. Л. Степанов. Изв. ВУЗов. Матер. электрон. техн., 4 (2014) 278—283, https://doi.org/10.17073/1609-3577-2014-4-278-283Р. И. Баталов, В. Ф. Валеев, В. И. Нуждин, В. В. Воробьев, Ю. Н. Осин, Д. В. Лебедев, А. А. Бухараев, А. Л. Степанов. Изв. ВУЗов. Матер. электрон. техн., 4 (2014) 278—283, https://doi.org/10.17073/1609-3577-2014-4-278-283Giuseppe Faraci, Santo Gibilisco, Paola Russo, Agata R. Pennisi, Salvo La Rosa. Phys. Rev. B, 73 (2006) 033307(1—4), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.033307Giuseppe Faraci, Santo Gibilisco, Paola Russo, Agata R. Pennisi, Salvo La Rosa. Phys. Rev. B, 73 (2006) 033307(1—4), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.033307В. В. Трегулов. Пористый кремний: технология, свойства, применение, монография, Рязань, Министерство образования и науки РФ, Рязанский гос. ун-т им. С. А. Есенина (2011) 4—9.В. В. Трегулов. Пористый кремний: технология, свойства, применение, монография, Рязань, Министерство образования и науки РФ, Рязанский гос. ун-т им. С. А. Есенина (2011) 4—9.V. A. Volodin, D. I. Koshelev. J. Raman Spectrosc., 44, N 12 (2013) 1760—1764.V. A. Volodin, D. I. Koshelev. J. Raman Spectrosc., 44, N 12 (2013) 1760—1764.C. Meiera, S. Lüttjohanna, V. G. Kravets, H. Nienhaus, A. Lorke, H. Wiggersb. Phisica E, 32 (2006) 155—158, https://doi.org/10.1016/j.physe.2005.12.030C. Meiera, S. Lüttjohanna, V. G. Kravets, H. Nienhaus, A. Lorke, H. Wiggersb. Phisica E, 32 (2006) 155—158, https://doi.org/10.1016/j.physe.2005.12.030P. Mishra, K. P. Jain. Mater. Sci. Eng. Eng. B, 95 (2002) 202—213, https://doi.org/10.1016/S0921-5107(02)00234-9P. Mishra, K. P. Jain. Mater. Sci. Eng. Eng. B, 95 (2002) 202—213, https://doi.org/10.1016/S0921-5107(02)00234-9Y.-J. Jung, J.-H. Yoon, R. G. Elliman, A. R. Wilkinson. J. Appl. Phys., 104 (2008) 083518.Y.-J. Jung, J.-H. Yoon, R. G. Elliman, A. R. Wilkinson. J. Appl. Phys., 104 (2008) 083518.S. Yu. Turishchev, A. S. Lenshin, E. P. Domashevskaya. Phys. Status Solidi С, 6, N 7 (2009) 1651—1655, https://doi.org/10.1002/pssc.200881015S. Yu. Turishchev, A. S. Lenshin, E. P. Domashevskaya. Phys. Status Solidi С, 6, N 7 (2009) 1651—1655, https://doi.org/10.1002/pssc.200881015V. A. Moshnicov, I. Gracheva, A. S. Lenshin, Y. M. Spivak. J. Non-Crystal. Solids, 358, N 3 (2012) 590—595.V. A. Moshnicov, I. Gracheva, A. S. Lenshin, Y. M. Spivak. J. Non-Crystal. Solids, 358, N 3 (2012) 590—595.D. Jurbergs, E. Rogojina. Appl. Phys. Lett., 88 (2006) 233116(1—3), https://doi.org/10.1063/1.2210788D. Jurbergs, E. Rogojina. Appl. Phys. Lett., 88 (2006) 233116(1—3), https://doi.org/10.1063/1.2210788Г. А. Качурин, В. А. Володин, Д. И. Тетельбаум. ФТП, 39, № 5 (2005) 582—586.Г. А. Качурин, В. А. Володин, Д. И. Тетельбаум. ФТП, 39, № 5 (2005) 582—586.Н. Е. Корсунская, Т. Р. Стара, Л. Ю. Хоменкова, Е. В. Свеженцова, Н. Н. Мельниченко, Ф. Ф. Сизов. ФТП, 44, № 1 (2010) 82—86.Н. Е. Корсунская, Т. Р. Стара, Л. Ю. Хоменкова, Е. В. Свеженцова, Н. Н. Мельниченко, Ф. Ф. Сизов. ФТП, 44, № 1 (2010) 82—86.J. Salonen, V.-P. Lehto, E. Laine. Appl. Surface Sci., 120 (1997) 191—198.J. Salonen, V.-P. Lehto, E. Laine. Appl. Surface Sci., 120 (1997) 191—198.V. M. Kashkarov, I. V. Nazarikov, A. S. Lenshin, V. A. Terekhov, S. Yu. Turishchev, B. L. Agapov, K. N. Pankov, E. P. Domashevskaya. Phys. Status Solidi С, 6, N 7 (2009) 1557—1560.V. M. Kashkarov, I. V. Nazarikov, A. S. Lenshin, V. A. Terekhov, S. Yu. Turishchev, B. L. Agapov, K. N. Pankov, E. P. Domashevskaya. Phys. Status Solidi С, 6, N 7 (2009) 1557—1560.А. С. Леньшин, Е. В. Мараева. Изв. СПбГЭТУ, № 6, ЛЭТИ (2011) 9—16.А. С. Леньшин, Е. В. Мараева. Изв. СПбГЭТУ, № 6, ЛЭТИ (2011) 9—16.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.