Light absorption in Ge nanoclusters embedded in SiO2: comparison between magnetron sputtering and sol–gel synthesis
Light absorption in Ge nanoclusters embedded in SiO2: comparison between magnetron sputtering and sol–gel synthesis
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嵌入 SiO2 中的 Ge 纳米团簇的光吸收：磁控溅射和 solâgel 合成之间的比较
DOI：
10.1007/s00339-013-8101-9
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发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Terrasi
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cosentino;Knebel;Mirabella;Gibilisco;Simone;Bracht;Terrasi
SiGeO 薄膜是通过溶胶-凝胶衍生方法和磁控溅射沉积生产的。 SiGeO 薄膜在 600 至 900 °C 的合成气体或氮气气氛中进行后热退火，确保了 SiGeO 薄膜的相分离以及嵌入 SiO2 中的 Ge 纳米团簇 (NC) 的合成和生长。卢瑟福背散射光谱分析证明，两种技术之间退火后具有相似的 Ge 浓度（约 12%），但不同的 Ge 外扩散，并在溶胶-凝胶样品中形成纯 SiO2 表面层（约 30 nm 厚）。透射电子显微镜和拉曼分析跟踪了 Ge NC 的热演化。在这两个样品中，Ge NC 的形成具有相似的尺寸增加（从 ~3 nm 到 ~7 nm），并且在 600–800 °C 温度范围内伴随着非晶态到晶态的转变。尽管Ge浓度相似，但在溶胶-凝胶样品中观察到显着较低的NC密度，这归因于Ge的不完全沉淀，Ge可能仍然分散在基质中。 Ge NCs 的光吸收已通过分光光度分析测量。通过溶胶-凝胶法生产的 Ge NC 的光学带隙约为 2 eV，大于溅射法生产的 NC（约 1.5 eV）。这些数据的呈现和讨论还考虑到基于低成本溶胶-凝胶技术对基于Ge纳米结构的光捕获设备制造的有希望的影响。
SiGeO films have been produced by a sol–gel derived approach and by magnetron sputtering deposition. Post-thermal annealing of SiGeO films in forming gas or nitrogen atmosphere between 600 and 900 °C ensured the phase separation of the SiGeO films and synthesis and growth of Ge nanoclusters (NCs) embedded in SiO2. Rutherford backscattering spectrometry analysis evidenced a similar Ge concentration (~12 %), but a different Ge out-diffusion after annealing between the two types of techniques with the formation of a pure SiO2surface layer (~30 nm thick) in sol–gel samples. The thermal evolution of Ge NCs has been followed by transmission electron microscopy and Raman analysis. In both samples, Ge NCs form with similar size increase (from ~3 up to ~7 nm) and with a concomitant amorphous to crystalline transition in the 600–800 °C temperature range. Despite a similar Ge concentration, a significant lower NCs density is observed in sol–gel samples attributed to an incomplete precipitation of Ge, which probably remains still dispersed in the matrix. The optical absorption of Ge NCs has been measured by spectrophotometry analyses. Ge NCs produced by the sol–gel method evidence an optical band gap of around 2 eV, larger than that of NCs produced by sputtering (~1.5 eV). These data are presented and discussed also considering the promising implications of a low-cost sol–gel based technique towards the fabrication of light harvesting devices based on Ge nanostructures.
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