Analysis of Porous Nanosilicon by Raman Spectroscopy

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.

1. В. П. Афанасьев, Е. И. Теруков, А. А. Шерченков. Тонкопленочные солнечные элементы на основе кремния, Cанкт-Петербург, СПбГЭТУ, ЛЭТИ (2011) 142—151.

2. А. А. Ищенко, Г. В. Фетисов, Л. А. Асланов. Нанокремний: свойства, получение, применение, методы исследования и контроля, Москва, Физматлит (2011) 93—107.

3. Arvind Shah. Thin-film Silicon Solar Cells, EPFL Press (2010).

4. 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.

5. 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.20196209.5929

6. N. V. Latukhina. Proc. Eng., 104 (2015) 157—161.

7. 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.

8. N. V. Latukhina. Photon. Rus., 12, N 5 (2018) 508—513.

9. H. J. Kim. Thin Solid Films, 511 (2006) 411—414.

10. H. Degans. Photovoltaic. Int. J., August (2008) 83—85.

11. R. Chaoui. Desalination, 209 (2007) 118—121.

12. R. S. Dubey. J. Optoelectron. Biomed. Mater., 1 (2009) 8—14.

13. M. Lipinski. Optoelectron. Rev., 8, N 4 (2000) 418—420.

14. S. A. Sokolov, R. Rösslhuber, D. M. Zhigunov, N. V. Latukhina, V. Yu. Timoshenko. Thin Solid Films, 562 (2014) 462—466.

15. С. Ашмонтас. Письма в ЖТФ, 32, № 14 (2006) 8—14.

16. Д. И. Биленко. ФТП, 41, № 8 (2007) 945—949.

17. Д. И. Биленко. ФТП, 39, № 7 (2005) 834—838.

18. В. В. Болотов. ФТП, 41, № 8 (2007) 981—983.

19. 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.

20. В. В. Трегулов. Вестн. МГОУ. Сер. Физика-Математика, № 1 (2015).

21. Leigh Canham. Handbook of Porous Silicon, ISBN 978-3-319-71380-9 (2018) 3—37.

22. 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/10.17073/1609-3577-2014-4-278-283

23. Giuseppe 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.73.033307

24. 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.

25. V. A. Volodin, D. I. Koshelev. J. Raman Spectrosc., 44, N 12 (2013) 1760—1764.

26. 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.2005.12.030

27. P. Mishra, K. P. Jain. Mater. Sci. Eng. Eng. B, 95 (2002) 202—213, https://doi.org/10.1016/S0921-5107(02)00234-9

28. Y.-J. Jung, J.-H. Yoon, R. G. Elliman, A. R. Wilkinson. J. Appl. Phys., 104 (2008) 083518.

29. 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.200881015

30. V. A. Moshnicov, I. Gracheva, A. S. Lenshin, Y. M. Spivak. J. Non-Crystal. Solids, 358, N 3 (2012) 590—595.

31. D. Jurbergs, E. Rogojina. Appl. Phys. Lett., 88 (2006) 233116(1—3), https://doi.org/10.1063/1.2210788

32. Г. А. Качурин, В. А. Володин, Д. И. Тетельбаум. ФТП, 39, № 5 (2005) 582—586.

33. Н. Е. Корсунская, Т. Р. Стара, Л. Ю. Хоменкова, Е. В. Свеженцова, Н. Н. Мельниченко, Ф. Ф. Сизов. ФТП, 44, № 1 (2010) 82—86.

34. J. Salonen, V.-P. Lehto, E. Laine. Appl. Surface Sci., 120 (1997) 191—198.

35. 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.

36. А. С. Леньшин, Е. В. Мараева. Изв. СПбГЭТУ, № 6, ЛЭТИ (2011) 9—16.