RO128498A2 - Procedeu de obţinere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeaşi dimensiune - Google Patents

Procedeu de obţinere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeaşi dimensiune Download PDF

Info

Publication number
RO128498A2
RO128498A2 ROA201101143A RO201101143A RO128498A2 RO 128498 A2 RO128498 A2 RO 128498A2 RO A201101143 A ROA201101143 A RO A201101143A RO 201101143 A RO201101143 A RO 201101143A RO 128498 A2 RO128498 A2 RO 128498A2
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
nanoparticles
suspension
same size
obtaining
particles
Prior art date
Application number
ROA201101143A
Other languages
English (en)
Other versions
RO128498B1 (ro
Inventor
Gabriel Moagăr-Poladian
Original Assignee
Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Microtehnologie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Microtehnologie filed Critical Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Microtehnologie
Priority to ROA201101143A priority Critical patent/RO128498B1/ro
Publication of RO128498A2 publication Critical patent/RO128498A2/ro
Publication of RO128498B1 publication Critical patent/RO128498B1/ro

Links

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de obţinere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeaşi dimensiune. Procedeul conform invenţiei constă din folosirea unei suspensii de particule semiconductoare imersate într-un lichid inert la întuneric, dar activ la lumină, care este iluminat cu o lumină monocromatică, ai cărei fotoni au o energie mai mare sau egală cu lărgimea benzii interzise a materialului semiconductor care intră în compoziţia nanoparticulelor, acest tip de iluminare făcând ca în materialul semiconductor să fie generaţi purtători de sarcină liberi, care schimbă echilibrul electrochimic la interfaţa material-lichid, dând naştere unui proces chimic de corodare a materialului, în funcţie de intensitatea luminii incidente, materialul fiind porozificat sau fotocorodat.

Description

Invenția se referă la un procedeu de obținere a nanoparticulelor din materiale semiconductoare, nanoparticulele rezultate în urma aplicării acestui procedeu având toate aceeași dimensiune sau, în anumite situații, având o distribuție foarte îngustă a dispersiei dimensionale a anamblului de nanoparticule.
Este cunoscut un procedeu de obținere a nanoparticulelor care constă în măcinarea unui material într-o moară cu bile sau în alt sistem cunoscut.
Este de asemenea cunoscută o metoda de obținere a nanoparticulelor care constă în precipitarea acestora în soluție, folosind anumiți reactanți, în urma pocesului respectiv rezultând un coloid / suspensie.
Este de asemenea cunoscută o metodă de obținere a nanoparticulelor care constă în depunerea chimică din fază de vapori, pornind de la anumite gaze de lucru.
Dezavantajele procedeului de măcinare sunt:
- particulele care rezultă au dimensiunile cuprinse într-un interval relativ larg de valori, funcția de distribuție a dimensiunii nanoparticulelor fiind de tip Gauss.
- nu se pot obține nanoparticule poroase.
- procesul de măcinare introduce defecte structurale în grăunții nanocristalini formați, ceea ce alterează proprietățile acestora.
Dezavantajele metodei de precipitare în soluție sunt:
- particulele care rezultă au dimensiunile cuprinse într-un interval relativ larg de valori, ceea ce face ca, în aplicațiile în care este necesară utilizarea unui ansamblu de nanoparticule având aceeași dimensiune, să fie necesară un proces de filtrare după dimensiuni al acestora.
- nu se pot obține nanoparticule poroase.
Dezavantajele metodei de depunere chimică din fază de vapori sunt.
- particulele care rezultă au dimensiunile cuprinse într-un interval relativ larg de valori, determinat de condițiile locale de germinare a grăunților nanocristalini.
- nanoparticulele formează un strat depus pe substratul de interes, acestea neputând fi separate și utilizate individual.
- nu se pot obține nanoparticule poroase.
^“2011-01143-ί 4 -11- 2011
Problema pe care o rezolvă invenția constă în aceea că nanoparticulele rezultate în urma aplicării procedeului descris în invenție au toate aceeași dimensiune sau, în anumite situații, au o distribuție după dimensiuni foarte îngustă. în plus, nanoparticulele pot fi obținute în așa fel încât să aibă o structură poroasă.
Soluția propusă conform invenției elimină dezavantajele de mai sus prin aceea că folosește drept procedeu de obținere a nanoparticulelor fotocorodarea chimică umedă în lumină monocromaticâ. Lichidul în care se află imersate nanoparticulele este inert la întuneric, adică nu atacă nanoparticulele, dar devine activ la iluminarea cu lumină având anumite lungimi de undă. Acest lucru face ca, în cazul materialelor semiconductoare, procesul de fotocorodare să se oprească de la sine atunci când dimensiunea particulelor a atins o anumită valoare.
Avantajele procedeului propus conform invenției sunt:
- toate nanoparticulele rezultate în urma palicării procedeului au aceeași dimensiune
- mărimea nanoparticulelor este riguros controlată de către lungimea de undă a luminii folosite
- se pot obține nanoparticule având suprafața poroasă prin simpla alegere a valorii intensității luminii incidente
- nu se introduc defecte structurale
- nanoparticulele sunt procesate individual și în paralel, adică toate nanoparticulele în același timp
- procedeul este compatibil cu oricare dintre tehnicile menționate de obținere a nanoparticulelor
- nanoparticulele pot fi obținute într-un timp scurt, de ordinul zecilor de minute, și în cantitate mare
Dăm în continuare descrierea invenției.
Procedeul pornește de la o suspensie de particule semiconductoare imersate într-un lichid care, în condiții normale, la întuneric, nu atacă particulele respective. Un exemplu în acest sens în constituie particulele de Siliiu imersate în soluție de acid fluorhidric HF. Aceste particule sunt obținute prin oricare dintre tehnicile în sine cunsocute enumerate mai sus. De asemenea, suspensia respectivă poate fi formată din particule filtrate, adică particule având o dimensiune minimă aleasă de utilizator sau, după caz, din particule având o distribuție oarecare a valorii dimensiunilor, de exemplu, o distribuție de tip Gauss.
Pentru a obține nanoparticule pornind de la această suspensie, iluminăm lichidul respectiv cu lumină monocromaticâ, lumină ai cărei fotoni au energia mai mare sau egală cu lărgimea benzii interzise a materialului semiconductor care intră in compoziția particulelor. După cum se știe din literatura de
<<.-2 Ο 1 1 - Ο 1 U3
specialitate, acest tip de iluminare face ca în materialul semiconductor să fie generați purtători de sarcină liberi, purtători care schimbă echilibrul electrochimie la interfața material-lichid. Astfel, apare jn proces chimic de corodare a materialului în prezența luminii. în funcție de intensitatea luminii incidente, materialul este porozificat sau, după caz, fotocorodat. De regulă, la intensități mici ale luminii incidente apare porozificarea, în timp ce la intensități peste o anumită valoare, dependentă de material și de lungimea de undă a luminii, apare fotocorodarea.
După cum este de asemenea cunoscut, structura de benzi de energie a nanoparticulelor variază cu dimensiunea acestora, ceea ce face ca și energia necesară creării de purtători de sarcină liberi să varieze cu dimensiunea respectivă. Un caz concret este cel al Siliciului care are în mod normal o structură de benzi indirectă în timp ce nanoparticulele de Siliciu având dimensiuni sub 10 nm au o structură de benzi directă. Lărgimea benzii interzise crește cu scăderea dimensiunii particulei. Acesta este și mecanismul folosit de către procedeu: suspensia de particule este iluminată cu lumină monocromatică, lumină ai cărei fotoni au energia egală cu Ei, unde Ei este mai mare decât lărgimea benzii interzise a particulelor inițiale. Dacă intensitatea luminoasă este suficient de mare, are loc procesul de fotocorodare a particulelor. Acest procedeu se desfășoară în paralel pentru toate particulele. Dimensiunea acestora scade ca urmare a fotocorodârii până când structura de benzi de energie a acestora se modifică conform celor menționate mai sus. în momentul în care lărgimea benii interzise în cazul nanoparticulelor astfel obținute depășește cu puțin valoarea Ei, procesul de fotocorodare se oprește deoarece lumina nu mai poate genera purtători de sarcină liberi. în acest fel, toate particulele inițiale sunt aduse la aceeași dimensiune. Alegând convenabil lungimea de undă a luminii incidente se alege astfel dimensiunea finală a nanoparticulelor. Pericolul supra-corodării complete a particulei este astfel interzis automat, ceea ce reprezintă un avantaj pentru procedeul descris în invenție.
Dacă se pornește de la o suspensie inițială de particule filtrată, de exemplu care conține numai particule cu dimensiunea peste o anumită valoare do la care nu apar încă efectele de modificare a structurii de benzi de energie, atunci toate nanoparticulele obținute la final au aceeași dimensiune și, astfel, au aceleași proprietăți, cum ar fi spectrul de fotoluminescență. Dacă se pornește de la o suspensie inițială de particule nefiltrată, care conțin și particule cu dimensiuni mai mici decât cea care se dorește obținută, atunci suspensia finală de nanoparticule va conține un maxim de concentrație de nanoparticule având dimensiunea dorită urmată de o “coadă” de concentrație mai redusă ale cărei dimensiuni sunt situate sub cea dorită.
Dacă se lucrează cu intensități luminoase mici, atunci se obține o porozificare a particulelor respective. O variantă de lucru este cea în care se pornește de la o suspensie inițială filtrată în c^țș λ>.
^-201 1-01 143-ί ·> -11- 2011 particulele au dimensiunea minimă peste cea care se dorește a fi obținută și în care se face mai întâi un proces de fotocorodare la intensitate mare a luminii incidente, rezultând astfel o micșorare a particulelor până la o dimensiune intermediară, după care se scade intensitatea și, după caz, se crește energia fotonilor incidenți, astfel încât particulele intermediare să fie porozificate. Porozificarea se poate face total, adică în întreg volumul nanoparticulei, sau parțial, în acest al doilea caz rezultând o nanoparticulă având un nucleu compact învelit într-un strat porozificat.
Intensitatea luminoasă poate fi constantă pe durata procesului sau poate fi variată în timp după o anumită lege.
Deoarece se pornește de la particule având dimensiuni inițiale de ordinul micronilor sau zecilor de microni, procedeul de aducere al acestora la dimensiunea dorită este foarte scurt, de ordinul minutelor sau al zecilor de minute, după caz. De asemenea, deoarece este iluminată toată masa de suspensie în același timp, rezultă că în acest fel se poate obține o cantitate mare de nanoparticule într-un timp relativ scurt, cea ce face ca procedeul să fie aplicabil pe scară industrială. Se poate lucra cu o suspensie statică sau cu una aflată în flux, dup caz.
Fascicolul de lumină poate ilumina total sau parțial suspensia. Poate fi fix sau poate baieia volumul suspensiei, după caz. Fascicolul de lumină este monocromatic, lungimea de undă a sa putând fi fixă sau putând fi variată după nevoi și având valori cuprinse între 190 nm și 2000 nm. De asemenea fascicolul de lumină aplicat suspensiei poate fi coerent, parțial coerent sau necoerent, poate fi polarizat, parțial polarizat sau nepolarizat, intensitatea sa la nivelul suspensiei putând fi variată după nevoi între 1 pW/cm2 și 100 MW/cm2. De asemenea, fascicolul poate fi de tip undă continuă sau în impulsuri, durata impulsurilor fiind cuprinsă între 1 fsec și 1 sec, frecvența de repetiție a acestora fiind cuprinsă înre 0,1 Hz și 1 GHz.
în realitate, poată să mai apară o supra-corodare datorată stărilor de suprafață existente la suprafața nanoparticulei chiar dacă lărgimea benzii interzise este mai mare decât energia fotonilor incidenți. Este de așteptat ca acest efect să fie mic în comparație cu absorbția de volum și astfel nanoparticulele respective să nu fie corodate complet. Este posibil ca să aibă loc o prozoficare a suprafeței lor. Rezultatul poate fi faptul că în loc să avem un ansamblu de nanoparticule având toate riguros aceeași dimensiune, dimensiunea acestora să aibă în realitate o distribuție foarte îngustă având maximul distribuției la dimensiunea dorită. Ceea ce este important, alături de lungimea de undă a luminii incidente și de intensitatea acesteia, este timpul de iluminare și, respectiv, modul de variație al intensității luminoase pe durata procesului. Acestea pot reduce supracorodarea datorată stărilor de suprafață, mai ales dacă se lucrează în flux. De asemenea, pentru a reduce stratul porozificat în mod neintenționat, se
Ο 1 1 - Ο 1 1 43 - - . , ί 4 -11- 2011 poate aplica un flash cu o energie a fotonillor mai mare decât lărgimea benzii interzise a nanoparticulelor, astfel încât stratul porozificat sâ fie corodat fără a afecta restul particulei.
Pentru a estima timpul de iluminare este util să se facă anumite calibrâri. Acestea se pot realiza astfel: se pornește de la o suspensie de particule filtrate atât ca dimensiune maximă cât și ca dimensiune minimă, preferabil fiind ca variația dimensiunii în cadrul ansamblului să nu depășească +/- 1 % față de valoarea centrală. Această suspensie este supusă procedeului de fotocorodare la diferite lungimi de undă și la diferite intensități. Din timp în timp se prelevează eșantioane din suspensie și se determină dimensiunea nanoparticulelor pin metode în sine cunoscute.
De asemenea, din timp în timp se pot aplica impulsuri de radiație ultravioletă pentru a verifica spectrul de emisie prin fotoluminescență al particulelor și a determina, astfel, dimensiunea la care acestea au ajuns pe durata procesului. Din datele respective se poate determina dacă procesul trebuie să continue sau poate fi oprit.
Dăm în continuare un exemplu de realizare a invenției.
Astfel, considerăm o suspensie de particule de Siliciu obținute prin măcinare în Argon, particulele fiind filtrate după dimensiune în așa fel încât toate particulele sunt mai mari de 10 microni. Aceste particule de Siliciu se află într-o soluție de acid fluorhidric 50 %. Aceste particule trebuie reduse în dimensiune până la aproximativ 10 nm, atunci când pot să emită lumină vizibilă, prin fotoluminescență, cu lungimea de undă de 632 nm. Asupra suspensiei se aplică un fascicol laser cu o lungime de undă de 640 nm și o intensitate de 20 W/cm2. Acesta este menținut constant un anunmit interval de timp, pe durata căruia se aplică impulsuri de radiație ultravioletă de mică putere și se măsoară spectrul de fotoluminescență. Atunci când apare fotoluminescență la lungimea de 650 nm, procesul mai este continuat pentru două secunde.
Un alt exemplu de realizare este cel în care se dorește obținerea unor nanoparticule de Siliciu cu dimensiunea de 10 nm dar care să aibă un strat poros de aproximativ 2 nm. în acest caz, se procedează ca în exemplul anterior, după care intensitatea luminii incidente este scăzută la 1 mW/cm2 și este aplicată pentru o durată de 0,5 secunde.

Claims (8)

1. Procedeu de obținere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeași dimensiune conform invenției caracterizat prin aceea că constă în iluminarea unei suspensii conținând particulele a căror dimensiune se dorește a fi redusă, particulele fiind situate într-un lichid cu care nu reacționează la întuneric dar care în prezența iluminării cu lumină monocromatică având energia fotonilor mai mare sau egală cu lărgimea benzii interzise a materialului semiconductor care intră în compoziția particulelor suspensiei corodează sau, după caz, porozifică aceste particulele.
2. Procedeu de obținere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeași dimensiune conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că permite obținerea de nanoparticule porozificate, porozificarea putând fi totală, în întreg volumul nanoparticulei, sau parțială, stratul poros fiind situat la suprafața nanoparticulei și având o grosime și o porozitate determinate de condițiile de lucru cum ar fi intensitatea luminii incidente, lungimea de undă a aceseia, durata de iluminare și modul de variație în timp al intensității luminii incidente.
3. Procedeu de obținere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeași dimensiune conform revendicării 1, caracterizat prin aceea câ dimensiunea nanoparticulelor obținute este dependentă de lungimea de undă folosită.
4. Procedeu de obținere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeași dimensiune conform revendicării 1, caracterizat prin aceea câ, în funcție de distribuția de dimensiuni a particulelor inițiale din suspensie, nanoparticulele obținute au dimensiunea cuprinsă într-un interval îngust în jurul valorii dorite sau, în altă situație, au o distribuție după dimensiuni cu un maxim în dreptul valorii dorite urmat de o coadă de distribuție descrescătoare către particule cu dimensiuni mai mici decât cea dorită.
5. Procedeu de obținere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeași dimensiune conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că permite monitorizarea și controlul procesului prin aplicarea unor impulsuri scurte, de mică putere, de radiație ultravioletă și urmărirea spectrului de fotoluminescență al nanoparticulelor rezultat ca urmare a acestei iluminări.
6. Procedeu de obținere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeași dimensiune conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că se poate realiza prin iluminarea totală sau parțială a suspensiei, fascicolul de lumină putând fi fix sau putând baleia volumul suspensiei, respectiv suspensia poate fi statică sau poate curge prin dreptul fascicolului de lumină.
7. Procedeu de obținere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeași dimensiune conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că se poate aplica la materiale semiconductoare elementare cu ar fi Siliciul sau Germaniul sau unor semiconductori compuși. . - A
20«
2 Ο 1 1 - 0' u 3 - Γ ( _η
Procedeu de obținere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeași dimensiune conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că este compatibil cu metodele existente de obținere a nanoparticulelor.
9. Procedeu de obținere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeași dimensiune conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că fascicolul de lumină este monocromatic, lungimea de undă a sa putând fi fixă sau putând fi variată după nevoi și având valori cuprinse între 190 nm și 2000 nm, de asemenea fascicolul de lumină aplicat suspensiei poate fi coerent, parțial coerent sau necoerent, poate fi polarizat, parțial polarizat sau nepolarizat, intensitatea sa la nivelul suspensiei putând fi variată după nevoi între 1 pW/cm2 și 100 MW/cm2, fascicolul putând fi de tip undă continuă sau în impulsuri, durata impulsurilor fiind cuprinsă între 1 fsec și 1 sec, frecvența de repetiție a acestora fiind cuprinsă înre 0,1 Hz și 1 GHz.
ROA201101143A 2011-11-14 2011-11-14 Procedeu de obţinere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeaşi dimensiune RO128498B1 (ro)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA201101143A RO128498B1 (ro) 2011-11-14 2011-11-14 Procedeu de obţinere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeaşi dimensiune

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA201101143A RO128498B1 (ro) 2011-11-14 2011-11-14 Procedeu de obţinere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeaşi dimensiune

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RO128498A2 true RO128498A2 (ro) 2013-06-28
RO128498B1 RO128498B1 (ro) 2017-05-30

Family

ID=48667386

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ROA201101143A RO128498B1 (ro) 2011-11-14 2011-11-14 Procedeu de obţinere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeaşi dimensiune

Country Status (1)

Country Link
RO (1) RO128498B1 (ro)

Also Published As

Publication number Publication date
RO128498B1 (ro) 2017-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Akcakir et al. Detection of luminescent single ultrasmall silicon nanoparticles using fluctuation correlation spectroscopy
Yamada et al. Photon emission and reabsorption processes in CH 3 NH 3 PbBr 3 single crystals revealed by time-resolved two-photon-excitation photoluminescence microscopy
Huisken et al. Light‐emitting silicon nanocrystals from laser pyrolysis
Kamat et al. Picosecond dynamics of silver nanoclusters. Photoejection of electrons and fragmentation
Iatsunskyi et al. One and two-phonon Raman scattering from nanostructured silicon
Zhao et al. Upconversion luminescence with tunable lifetime in NaYF 4: Yb, Er nanocrystals: role of nanocrystal size
Wei et al. Observation of ultrafast exciton–exciton annihilation in CsPbBr3 quantum dots
Uklein et al. Nonlinear optical response of bulk ZnO crystals with different content of intrinsic defects
Hartland Ultrafast studies of single semiconductor and metal nanostructures through transient absorption microscopy
Lee et al. Light-driven transformation processes of anisotropic silver nanoparticles
Yau et al. Bright two-photon emission and ultra-fast relaxation dynamics in a DNA-templated nanocluster investigated by ultra-fast spectroscopy
Fleischmann et al. The use of near infrared Fourier Transform techniques in the study of surface enhanced Raman spectra
Dworak et al. A thin CdSe shell boosts the electron transfer from CdTe quantum dots to methylene blue
Ellingson et al. Theoretical and experimental investigation of electronic structure and relaxation of colloidal nanocrystalline indium phosphide quantum dots
Azer et al. Core–shell defective TiO 2 nanoparticles by femtosecond laser irradiation with enhanced photocatalytic performance
Prajapati et al. Effect of compartmentalization of donor and acceptor on the ultrafast resonance energy transfer from DAPI to silver nanoclusters
RO128498A2 (ro) Procedeu de obţinere a nanoparticulelor semiconductoare de aceeaşi dimensiune
Babenko et al. Effect of an optical breakdown on the stimulated Raman scattering in water in the field of picosecond laser pulses
Zhang et al. Femtosecond laser-induced size reduction and emission quantum yield enhancement of colloidal silicon nanocrystals: effect of laser ablation time
Sullivan et al. Cool carriers: triplet diffusion dominates upconversion yield
Reale et al. Photoinduced charge separation in functional carbon–silver nanohybrids
Švrček et al. Aging effect on blue luminescent silicon nanocrystals prepared by pulsed laser ablation of silicon wafer in de-ionized water
Gao et al. Facile one-step photochemical synthesis of water soluble CdTe (S) nanocrystals with high quantum yields
Chung et al. Electrocatalytic glycerol oxidation enabled by surface plasmon polariton-induced hot carriers in Kretschmann configuration
Shukla et al. Study on the Photoluminescence