Основы наноелектроники / Основы наноэлектроники / ИДЗ / Книги и монографии / Нанотехнологии (Пул), 2005, c.325

Рис. 8.5. FПR-спектр поверхности по­ рошка нитрида бора после активации при 875 К (кривая а), последующего дейтери­ рования (кривая б) и разность этих двух спектров (кривая в).

(б)

(а) ""

Рис. 8.6. FПR-спеIcrP отражения поверх­

ности нанопорошка нитрида галлия после

активации при 500"С (кривая а), последую­ щего дейтерирования (кривая б) и раз­ ность этих двух спектров (кривая в).

произошлатолько в некоторых случа­

ях. Отметим, что сильная полоса по­

глощения GaH около 2100 см-1 в ре­

зультате такой замены существенно не изменилась. это дает основание пола-

гать, что она связана с атомами водоро­

да, находящимися в объеме образца. В качестве примера. демонстриру­

ющего возможности ИК-спектроско­ пии в выявлении особенностей 00-

верхносги наноматериалов, приведем

результаты исследования у-оксида

алюминия (Al2ОЗ) - катализатора

с большой удельной поверхностью (до 200 - 300 M 2j r ) , обусловленной его

сильно пористой структурой. Этот ма­ териал имеет шпинелеобразную струк­ туру, большие атомы кислорода в кото­ рой формируют тетрагонально иска­

женную гранецентрированную

решетку (см. параграф 2.1.2). На каж­ дый атом кислорода в ней приходится

исходит упругое релеевское рассея­

ние, имеющее место при дифракции рентгеновских лучей. В этом и следу­ ющем параграфах рамановокие и бриллюэновские спектры описыва­ ются по работе Милани и Ботгари

(2000).

В рамановоком спектре объемного

кристаллического германия имеется

узкая линия поглощения (шириной

около 3 CM- J) на частоте 300 см', свя­ занная с оптической фононной ветвью

8.2. Инфракрасныйдиапазон I~

!сразу после осаждения

250

частотный сдвиг, см"

Г2~' Она "оказана на врезке к рис. 8.10. Если германий осажден на пленку

Si02, то за исключением плавного спа­ да в области около 270 см' на рама­

новском спектре особенностей не на­ блюдается, как можно видеть на ниж­ ней кривой рис. 8.10. После отжига этот спад исчезает, а начастоте 300 см-1

появляется пик от кристаллического

оксида кремния. На рис. 8.11 показано

уширение этого лика и его сдвиг в сто­

рону более низких частот при умень­ шении размеров частиц. Ширина ра­

мановского пика уменьшается при

увеличении температуры и времени ОТ­

жига, как показано на рис. 8.12. Это

позволяет сделать оценку размеров ча­

стиц. Они могут составлять от 6 до 13

им и расти при увеличении температу­

ры или времени отжига, как показано

на рис. 8.13.

Кремниевые ваночастицы в отно­ шении оптической фононной моды r{s ведут себя так же, как германиевые. Как показано на рис. 8.14, соответст­

вующая этой моде линия находится в окрестности 521 CM-J• На этом рисун­

ке наблюдается уширение и сдвиг

Рве. 8.10. Рамановокие спектры германие­ вой rurенк:и на поверхности подложки из Si0 2 сразу после осаждения и после окис­ ления кислородом при 800 и lOOO'C.

Рис. 8.11. Рамановский спектр нанокристая­

лов repмания, полученных осаждением из га­

зовой фазы, демонстрируетywиpeниеи сдвиг

всторону меньших волновых чисел при

уменьшении размеров чвстиц. Самый ниж­ ний спектр получен на объемном repмании.

14

40 во 80 100 120 140

Время отжига, мин

Рис. 8.12. Зависимость ширины на полу­

высоте для линии рамановокого спектра

германия от времени отжит.

~

е- ..

"С-5;

ВолновоеЧИСЛО,см"

Рис. 8.14. Сравнение рамановских оптиче­ ских колебательных линий в монокрястал­ лическом кремнии (C-Si) и мелкозернис­ том поликристалле(PC-Si).

!о

/

f

!

I о

. ,. '.

Размер кристалликов 11, А

Рис. 8.16. Зависимость частоты раменов­ СКОГО пика оптической фОНОННОЙ линии Г2~ отожженных(темныекружки)и не ото­ жженных (светлыекружки) микрокристал­ лов кремния. Прерывистая и пунктирная

кривые соответствуют вычисленным час­ тотам для пластин Si, ориентированных перпендикулярно и параллельно (11]). Кривая, изображеннаяточками, вычисле­ на для случайногораспределенияориента­ ции микрокристалловотносительно(111),

а сплошные кривые построены по экспе­

риментальным точкам и приведсны для

наглядности.

8.2. Инфракрасныйдиапазон I~

(а)

~

§

е

о

"•

"u (6)

"~

"~

~

о

J

(в)

Рамаиовский сдвиг, см"

Рис. 8.17. Ремановскис спектры алмаза (а), графита (6) и микрокристаллическоro гра­ фита (В). В последнем стае присyrcтвует и D-полоса на 1355 см- , и G-полоса на

1580CM-1•

чеческой кристаллической структурой, покаэанной на рис. 2.8а, и графит,

структура которого состоит из лежащих

Др)'Т на друге плоскостей с гексагональ­ ной решеткой, составляют две распро­ страненных аллотропных формы угле­ рода. Недавно открытые фуллерены, такие как С6О, и нанотрубки, обсуждае­ мые в Главе 5, представляют собой аль­ тернативные аллотропные модифика­

,

Рис. 8.18. Инфракрасный (а) tI рамановский

(6) спектры твердою СБО' на которых линии

помечены их волновыми числами.

шире из-за шероховатости и структур­

ной неоднородности поверхности. Акустические фонсны в наночас­

тицах вызывают бриллюэновкое рас­

сеяние, зависящее от размера частиц.

для.наночастиц серебра это продемон­ стрировано на рис. 8.22. На графике

Рис. 8.20. График зависимости между раз­ мерами ваночастиц графита и отношением мнтенсивнсстей рамановских о- и G- по­ лосlпlI(J вдвойных логарифмических коор­ динатах. Прямая ЛИНИЯ полученааппрокси­ мацией методом наименьших квадратов

и соответсгвует функции La = 4.4 /aI/D' где La выражается в нанометрах (lоА = 1 ИМ).

полненная на кордиеритовом стекле

(Mg2Al4S501S) с зародышами кристал­

лической фазы, также продемонстри­

ровалалинейную зависимость положе­

ния пиков бриллюэновского рассея­ ния от обратного диаметра (обозначенного на рисунке как 1ft!) в диапазоне от 15 до 40 нм (рис. 8.23). Размеры частиц определялисъ по дан­

ным малоуглового нейтронного рассе­

яния.

Таким образом, из данных по брил­

ЛЮЭН08СКОМУ рассеянию ВИДНО, что

пики акустических мод при уменьше­

нии размеров частиц сдвигаются в сто­

рону б6льших частот, а из данных по

рамановскому рассеянию следует, что

пики оптических мод смещаются

в сторону меньших частот.

8.З.Люминесценция 18~

Рис. 8.23. Зависимость положения пиков бриляюэновского спектра стекловидных наночастиц кордиерита от их обратного диаметра (по данным малоугловего ней­ тронного рассеяния).