Ukrainian Journal of Physical Optics 

Home page

Other articles 

in this issue
Stabilisation of surface and photoluminescent properties of porous silicon
Download this article

Olenych I.B.

Using photoluminescence and infrared spectroscopy techniques, we have inves-tigated the influence of surface molecular composition of porous silicon (PS) on the character of its photoluminescence spectra. The main absorption bands of PS in the infrared spectral range are found to be caused by hydride passivation of silicon nanocrystals, adsorption of water molecules and hydroxyl groups during the process of PS formation, as well as by the adsorption of oxygen and carbon due to oxidation of PS. Additional absorption bands found for PS–polyaniline composites are caused by oscillations of molecules that make up the structural polymer chains. The physical and chemical conditions needed for improving photoluminescence stability by means of passivating the PS surface by oxygen and polymer films are substantiated.

Keywords: porous silicon, polyaniline, photoluminescence, infrared transmission spectra, surface passivation

PACS: 78.55.Mb, 81.05.Rm
UDC: 535.37, 538.958
Ukr. J. Phys. Opt. 12 54-61  doi: 10.3116/16091833/12/2/54/2011
Received: 11.02.2011

Анотація. Методами фотолюмінесценції та інфрачервоної спектроскопії досліджено вплив поверхневого молекулярного складу поруватого кремнію (ПК) на характер його спектрів фотолюмінесценції. Встановлено, що основні смуги поглинання в інфрачервоному спектрі ПК зумовлені гідридною пасивацією поверхні кремнієвих нанокристалів, адсорбцією молекул води і гідроксильних груп у процесі формування ПК, а також адсорбцією кисню та вуглецю внаслідок окислення ПК. Додаткові смуги поглинання, що з’являються в композитах ПК–поліанілін, зумовлені коливаннями молекул, що складають структурну ланку полімеру. Обґрунтовано фізико-хімічні умови покращення стабільності фотолюмінесценції ПК шляхом пасивації його поверхні киснем і полімерними плівками

  1. Properties of porous silicon. Ed. by Canham L. London: INSPEC (1997).
  2. Venger E F, Gorbach T Ya, Kirillova S I, Primachenko V E and Chernobai V A, 2002. Changes in properties of a <porous silicon>/silicon system during gradual etching off of the porous silicon layer. Semiconductors. 36: 330–335. doi:10.1134/1.1461412
  3. Agekyan V F, Aprelev A M, Laiho R and Stepanov Yu A, 2000. Effect of contact with air on the photoluminescence spectrum of porous silicon. Phys. Sol. St. 42: 1431–1434. doi:10.1134/1.1307047
  4. Fukuda Y, Furuya K, Ishikawa N and Saito T, 1997. Aging behavior of photolumines-cence in porous silicon. J. Appl. Phys. 82: 5718–5721. doi:10.1063/1.366435
  5. Maruyama T and Ohtani S, 1994. Photoluminescence of porous silicon exposed to am-bient air. Appl. Phys. Lett. 65: 1346–1348. doi:10.1063/1.112047
  6. Hadj Zoubir N, Vergnat M, Delatour T, Burneau A and de Donato Ph, 1994. Interpre-tation of the luminescence quenching in chemically etched porous silicon by the desorp-tion of SiH3 species. Appl. Phys. Lett. 65: 82–84. doi:10.1063/1.113082
  7. Jung K H, Shih S and Kwong D L, 1993. Developments in luminescent porous Si. J. Electrochem. Soc. 140: 3046–3064. doi:10.1149/1.2220955
  8. Qin G G, Song H Z, Zhang B R, Lin J, Duan J Q and Yao G Q, 1996. Experimental evidence for luminescence from silicon oxide layers in oxidized porous silicon. Phys. Rev. B. 54: 2548–2555. doi:10.1103/PhysRevB.54.2548
  9. Kostishko B M, Puzov I P and Nagornov Yu S, 2000. Stabilization of luminous properties of porous silicon by vacuum annealing at high temperatures. Tech. Phys. Lett. 26: 26–28. doi:10.1134/1.1262728
  10. Gavrilov S A, Belogorokhov A I and Belogorokhova L I, 2002. A mechanism of oxygen-induced passivation of porous silicon in the HF:HCl:C2H5OH solutions. Semiconductors. 36: 98–101. doi:10.1134/1.1434521
  11. Yamani Z, Thompson W H, Abu Hassan L and Nayfeh M H, 1997. Ideal anodization of silicon. Appl. Phys. Lett. 70: 3404–3406. doi:10.1063/1.119185
  12. Aksimentyeva O. Electrochemical methods of synthesis and conductivity of conju-gated polymers. Lviv: Svit (1998). 
  13. Borghesi A, Sassella A, Pivac B and Pavesi L, 1993. Characterization of porous sili-con inhomogeneities by high spatial resolution infrared spectroscopy. Sol. St. Commun. 87: 1–4. doi:10.1016/0038-1098(93)90524-Q
  14. Niwano M, 1999. In-situ IR observation of etching and oxidation processes of Si sur-faces. Surf. Sci. 427–428: 199–207. doi:10.1016/S0039-6028(99)00265-4
  15. Tarutino L. and Pozdnyakova F. Spectral analysis of polymers. Leningrad: Chemistry (1986).
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics