Ukrainian Journal of Physical Optics


2026 Volume 27, Issue 3


ISSN 1816-2002 (Online), ISSN 1609-1833 (Print)

COLOR-TUNABLE PHOTOEMISSION IN AlQ3 - POROUS SILICON HYBRID STRUCTURES

I. B. Olenych, A. P. Luchechko, P. P. Parandiy, L. S. Monastyrskii, B. I. Turko and A. Y. Kozak

Author Information
1.*I. B. Olenych ORCID logo SCOPUS logo, 1A. P. Luchechko ORCID logo SCOPUS logo, 1P. P. Parandiy ORCID logo SCOPUS logo, 1L. S. Monastyrskii ORCID logo SCOPUS logo, 2B. I. Turko ORCID logo SCOPUS logo, 1A. Y. Kozak ORCID logo
1Electronics and Computer Technologies Department, Ivan Franko National University of Lviv, 50 Dragomanov Str, 79005, Lviv, Ukraine
2Physics Department, Ivan Franko National University of Lviv, 50 Dragomanov Str, 79005, Lviv, Ukraine
* Corresponding author: igor.olenych@lnu.edu.ua

ABSTRACT

The possibility of tuning the photoemission color of hybrid structures obtained by thermal deposition of a tris(8-hydroxyquinoline) aluminum thin film on the surface of photoluminescent porous silicon was studied in the present work. It is established that the deposited film is sufficiently transparent in the visible spectral range but partially absorbs UV radiation. The photoluminescence excitation and emission spectra of the obtained hybrid structures were investigated in the ranges of 220–400 and 450–800 nm, respectively. The possibility of changing the ratio of the intensities of the green and red photoemission bands in the hybrid structure by controlling the thickness of the metal-organic film and by varying the photoluminescence excitation energy has been demonstrated.

Keywords: porous silicon, tris(8-hydroxyquinoline) aluminum, hybrid structure, photoluminescence, light transmittance

UDC: 535.37

    1. Gelloz, B., Shibata, T., &Koshida, N. (2006). Stable electroluminescence of nanocrystalline silicon device activated by high pressure water vapor annealing. Appl. Phys. Lett., 89, 191103.
      doi:10.1063/1.2385206.
    2. Golub, M.A., Hutter, T., & Ruschin, S. (2010). Diffractive optical elements with porous silicon layers. Appl. Opt., 49, 1341-1349.
      doi:10.1364/AO.49.001341
    3. Rea, I., Marino, A., Iodice, M., Coppola, G., Rendina, I., & De Stefano, L. (2008). A porous silicon Bragg grating waveguide by direct laser writing. J. Phys.: Condens. Matter., 20, 365203.
      doi:10.1088/0953-8984/20/36/365203
    4. Wu, K.H. & Li, C.W. (2015). Light absorption enhancement of silicon-based photovoltaic devices with multiple bandgap structures of porous silicon. Materials, 8, 5922-5932.
      doi:10.3390/ma8095283
    5. Villanueva, J.L.M., Huanca, D.R., & Oliveira, A.F. (2023). One-dimensional porous silicon photonic crystals for chemosensors: Geometrical factors influencing the sensitivity. Sens. Actuat. A Phys., 364, 114784.
      doi:10.1016/j.sna.2023.114784
    6. Adachi, M., Anantram, M., & Karim, K. (2013). Core-shell silicon nanowire solar cells. Sci. Rep., 3, 1546.
      doi:10.1038/srep01546
    7. Shabannia, R., Abu Hassan, H., Mahmodi, H., Naderi, N., & Abd, H.R. (2013). ZnO nanorod ultraviolet photodetector on porous silicon substrate. Semicond. Sci. Technol. 28, 115007.
      doi:10.1088/0268-1242/28/11/115007
    8. Olenych, I.B. & Monastyrskii, L.S. (2018). Electrical and sensory properties of zinc oxide – porous silicon nanosystems. Mol. Cryst. Liq. Cryst., 671, 97-103.
      doi:10.1080/15421406.2018.1542092
    9. Monastyrskii, L.S., Aksimentyeva, O.I., Olenych, I.B., & Sokolovskii, B.S. (2014). Photosensitive Structures of Conjugated Polymer - Porous Silicon. Mol. Cryst. Liq. Cryst., 589, 124-131.
      doi:10.1080/15421406.2013.872400
    10. Hadi, H.A., Ismail, R.A., & Almashhadani, N.J. (2019). Preparation and Characteristics Study of Polystyrene/Porous Silicon Photodetector Prepared by Electrochemical Etching. J. Inorg. Organomet. Polym., 29, 1100–1110.
      doi:10.1007/s10904-019-01072-9
    11. Aksimentyeva, O.I., Tsizh, B.R., Monastyrskii, L.S., Olenych, I.B., & Pavlyk, M.R. (2015). Luminescence in porous silicon – poly(para–phenylene) hybrid nanostructures. Physics Procedia, 76, 31–36.
      doi:10.1016/j.phpro.2015.10.006
    12. Tang, H., Liao, H., Xu, K., Zhou, Z., & Zhu, L. (2006). Two peaks observed in the electroluminescence spectra of Alq3-based OLEDs. J. Lumin., 118, 39–44.
      doi:10.1016/j.jlumin.2005.06.009
    13. Cui, S., Hu, Y., Lou, Z., Yi, R., Hou, Y., & Teng, F. (2015). Light emitting field-effect transistors with vertical heterojunctions based on pentacene and tris-(8-hydroxyquinolinato) aluminum. Org. Electron., 22, 51–55.
      doi:10.1016/j.orgel.2015.03.029
    14. Thangaraju, K., Kumar, J., Amaladass, P., Mohanakrishnan, A.K., & Narayanan, V. (2006). Study on photoluminescence from tris-(8-hydroxyquinoline)aluminum thin films and influence of light. Appl. Phys. Lett., 89, 082106.
      doi:10.1063/1.2338566
    15. Karbovnyk, I., Sadovyi, B., Turko, B., Klym, H., Vasil’yev, V.S., Serkiz, R., & Kulyk, Y. (2023). Luminescence polarization enhancement in Alq3/ZnO microdisks multilayer structures. Appl. Nanosci., 13, 7485–7490.
      doi:10.1007/s13204-023-02906-2
    16. Debsharma, M., Pramanik, T., Daka, C., & Mukherjee, R. (2022). Recent advances in the electrical and optical properties of Alq3 and Alq3 derivatives based OLEDS. J. Phys.: Conf. Ser., 2267, 012159.
      doi:10.1088/1742-6596/2267/1/012159
    17. Pohl, R. & Anzenbacher, P. (2003). Emission Color Tuning in AlQ3 Complexes with Extended Conjugated Chromophores. Org. Lett., 5, 2769–2772.
      doi:10.1021/ol034693a
    18. Makki, A.H., & Park, S.-H. (2021). Yellow Emissive Tris(8-hydroxyquinoline) Aluminum by the Incorporation of ZnO Quantum Dots for OLED Applications. Micromachines, 12(10), 1173.
      doi:10.3390/mi12101173
    19. Kim, M., Kim, J., Ju, S., Kim, H., Jung, I., Jung, J. H., Lee, G. S., Hong, Y. K., Park, D. H., & Lee, K.-T. (2023). Enhanced Photoluminescence of Crystalline Alq3 Micro-Rods Hybridized with Silver Nanowires. Nanomaterials, 13(5), 825.
      doi:10.3390/nano13050825
    20. Chen, N.C., Liao, C.C., Chen, C.C., Fan, W.T., Wu, J.H., Li, J.Y., Chen, S.P., Huang, B.R., & Lee, L.L. (2014). Color-tunable mixed photoluminescence emission from Alq3 organic layer in metal-Alq3-metal surface plasmon structure. Nanoscale Res. Lett., 9, 569.
      doi:10.1186/1556-276X-9-569
    21. Olenych, I.B. (2011). Stabilization of surface and photoluminescent properties of porous silicon. Ukr. J. Phys. Opt., 12(2), 54-61.
      doi:10.3116/16091833/12/2/54/2011
    22. Bisi, O., Ossicini, S., & Pavesi, L. (2000). Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics. Surf. Sci. Rep., 38, 1–126.
      doi:10.1016/S0167-5729(99)00012-6
    23. Canham, L.T. (1990). Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers. Appl. Phys. Lett., 57, 1046–1048.
      doi:10.1063/1.103561
    24. Brinkmann, M., Gadret, G., Muccini, M., Taliani, C., Masciocchi, N., & Sironi, A. (2000). Correlation between Molecular Packing and Optical Properties in Different Crystalline Polymorphs and Amorphous Thin Films of mer-Tris(8-hydroxyquinoline)aluminum(III). J. Am. Chem. Soc. 122, 5147-5157.
      doi:10.1021/ja993608k
    25. Iwakura, I., Ebina, H., Komori-Orisaku, K., & Koide, Y. (2014). A theoretical and experimental study on meridional–facial isomerization of tris(quinolin-8-olate)aluminum (Alq3), Dalton Trans., 43, 12824–12827.
      doi:10.1039/C4DT01121J
    26. Duvenhage, M.M., Ntwaeaborwa, O.M., & Swart, H.C. (2012). UV exposure and photon degradation of Alq3 powders. Phys. B: Condens. Matter, 407, 1521–1524.
      doi:10.1016/j.physb.2011.09.076
    27. Bhagat, S.A., Borghate, S.V., Kalyani, N.T., & Dhoble, S.J. (2015). Novel Na+ doped Alq3 hybrid materials for organic light-emitting diode (OLED) devices and flat panel displays. Luminescence, 30, 251–256.
      doi:10.1002/bio.2721
    28. Papadimitrakopoulos, F., Zhang, X.-M., Thomsen, D.L., & Higginson, K.A. (1996). A Chemical Failure Mechanism for Aluminum(III) 8-Hydroxyquinoline Light-Emitting Devices. Chem. Mater., 8, 1363 - 1365.
      doi:10.1021/cm960152m

    У цій роботі досліджено можливість налаштування кольору фотоемісії гібридних структур, отриманих шляхом термічного осадження тонкої плівки трис(8-гідроксихіноліну) алюмінію на поверхню фотолюмінесцентного пористого кремнію. Встановлено, що осаджена плівка є достатньо прозорою у видимому спектральному діапазоні, але частково поглинає УФ-випромінювання. Спектри збудження та випромінювання фотолюмінесценції отриманих гібридних структур досліджували в діапазонах 220–400 та 450–800 нм відповідно. Продемонстровано можливість зміни співвідношення інтенсивностей зеленої та червоної смуг фотоемісії в гібридній структурі шляхом контролю товщини металоорганічної плівки та зміни енергії збудження фотолюмінесценції.

    Ключові слова: пористий кремній, трис(8-гідроксихінолін)алюміній, гібридна структура, фотолюмінесценція, світлопропускання

Free download this article 

This work is licensed under CC BY 4.0