Sn(IV) 도핑 CdS 나노와이어에서 광발광 및 전자-포논 결합 향상: 도펀트 농도 영향

요약

고품질 Sn(IV) 도핑 CdS 나노와이어가 열증착법으로 합성되었습니다. XRD와 라만 산란 스펙트럼 모두 도핑 효과를 확인했습니다. 상온 광발광(PL)은 근밴드갭 방출과 이산 트랩 상태 방출이 동시에 유의미하게 나타남을 보여주었으며, 이는 빛 수송 중 불순물에 의한 강한 엑시톤 트래핑과 전자-포논 결합에 기인합니다. 근밴드갭 방출과 트랩 상태 방출의 PL 강도 비는 CdS 나노와이어 내 도핑된 Sn(IV) 농도로 조절 가능합니다. 흥미롭게도 트랩 상태 방출은 1LO, 2LO, 4LO 포논의 도움으로 잘 분리된 피크를 보여주어, 이들 도핑 CdS 나노와이어에서 향상된 전자-포논 결합을 입증합니다. Sn(IV) 도펀트의 영향은 PL 수명 감쇠 프로파일로 추가적으로 밝혀집니다. 광학 마이크로캐비티도 이 방출 공정에서 중요한 역할을 합니다. 본 결과는 1차원(1D) 나노구조에서 도핑 조절 캐리어 상호작용, 트래핑, 재결합 이해에 도움이 될 것입니다.

서론

최근 1차원(1D) 나노와이어는 빌딩 블록 소자와 통합 나노시스템으로서 기능할 수 있어 주목받고 있습니다[1-4]. 특히 상온에서 2.6 eV 직접 밴드갭을 가진 CdS 같은 1D 단결정 와이드 밴드갭 II-VI 반도체들은 우수한 포토닉스, 전자공학, 옵토일렉트로닉스 특성으로 널리 연구되었습니다. CdS 나노와이어/나노벨트 레이저, 광학 도파관, 광검출기, 전계효과 트랜지스터, 로직 소자 등에 대한 많은 보고가 있습니다[5-8]. 전자-정공 플라즈마, 전자-포논 결합, 엑시톤-포논 산란, 엑시톤-엑시톤 상호작용, 엑시토닉 폴라리톤 등 많은 고유 캐리어 상호작용이 나노미터 스케일에서 새로운 방식으로 작용합니다[9-13]. 관련 상호작용의 강도는 나노구조 크기에 강하게 의존하므로 광학/옵토일렉트로닉 특성에 큰 영향을 미칩니다[14]. 예를 들어, 양자 구속 효과와 전자-포논 결합은 국소화 상태 도입 시 특히 중요해집니다.

크기나 조성 조절을 통한 밴드갭 엔지니어링은 가변 레이징과 발광 파장/색상 실현에 보통 채택됩니다. 전자-LO 포논 결합 상수 0.65를 가진 극성 반도체로서, CdS 나노구조에서 강한 프뢸리히 상호작용과 변형 퍼텐셜로 인한 엑시톤 에너지 수정이 예상됩니다[15]. 예를 들어, Zou 등은 상온에서 단일 CdS 나노와이어에서 바이폴라론 엑시톤 자극 방출을 보고했습니다[16]. Lieber 등은 75 K까지 CdS 나노와이어에서 레이징을 위한 엑시톤-엑시톤 상호작용을, 더 높은 온도에서는 엑시톤-포논 공정을 보고했습니다[17]. 또한 전자-정공 플라즈마(EHP)와 파브리-페로(F-P) 광학 공명 공정도 정렬된 CdS 나노와이어의 자극 방출에 기여할 수 있지만, 조절 가능 파장 범위가 작고 EHP가 나노와이어를 손상시키는 경우가 많습니다[18]. 이러한 예들은 1D 축 방향 광 전파를 따른 프뢸리히 전자-포논 결합 튜닝이 가변 방출 또는 레이징 파장 실현의 그럴듯한 방법임을 보여주었습니다. 최근 분지형 CdS 나노와이어가 열 어닐링 하에서 Sn 나노와이어 템플릿 경로로 성장되어 흥미로운 광학 도파관 특성을 보였습니다[19].

본 논문에서는 SnO₂를 촉매이자 도펀트로 사용해 Sn-CdS 나노와이어를 합성하고, 그들의 비정상적 PL과 전자-포논 결합 특성을 보고합니다. 근밴드갭 방출과 밴드갭 내 방출이 합성된 나노와이어 PL에서 동시에 나타납니다. 후자는 캐비티 관련 도파관 모드조차 보입니다. 이러한 현상의 원인은 Sn(IV) 도핑이 CdS 나노와이어에 많은 트래핑 센터를 생성하기 때문입니다. 포논과의 전자 결합이 도파관과 광범위한 범위에서의 색상 튜닝을 동반한 비정상적 방출 향상을 이끕니다.

연구 방법

Sn 도핑 CdS 나노와이어 합성

열증착법을 사용해 Sn 도핑 CdS 나노와이어를 합성했습니다. 상용 CdS와 SnO₂ 분말을 1:1 중량비로 30분간 분쇄해 완전히 혼합한 후 소스 물질로 사용했으며, 알루미나 세라믹 보트에 담아 석영관 중앙에 배치했습니다. CdS와 SnO₂ 분말의 중량비 변화를 통해 서로 다른 Sn 도펀트 농도의 CdS 나노와이어를 성장시켰습니다. 촉매 없는 깨끗한 Si 웨이퍼를 하류 영역에 배치해 생성물을 수집했습니다. Ar(95%)/H₂(5%) 혼합 캐리어 가스를 10 SCCM(표준 입방센티미터/분) 일정 유량으로 석영관에 주입해 가열 전 내부 O₂를 제거했습니다. H₂는 환원 분위기를 생성해 산화를 방지하고 CdS 나노와이어 수율을 향상시킬 수 있습니다. 전기로를 10분 내 1000°C로 급속 가열하고 조건 변경 없이 60분간 유지한 후 자연 냉각시켰습니다. 합성된 생성물은 소스 물질에서 5 cm 떨어진 영역의 Si 기판 표면과 석영관 내벽에서 발견되었으며, 이곳의 국소 성장 온도는 400~450°C 범위였습니다.

구조 및 광학 특성 분석

얻어진 생성물의 구조, 형태, 조성은 분말 X-선 회절(XRD, Bruker D8 Advance), 주사 전자 현미경(SEM, JSM-6700F), 에너지 분산 분광기(EDS)로 분석했습니다. 라만 산란 스펙트럼은 공초점 현미경(LABRAM-010)에서 He-Ne 레이저(632.8 nm)를 여기 광원으로 사용해 수행했으며, 3 µm 직경 스팟으로 시료에 초점화했습니다. 광학 도파관과 PL은 상용 주사 근접장 광학 현미경(SNOM, Alpha 300, WITec)으로 수행했습니다. SNOM은 나노구조의 고공간분해능 광학 이미지를 동시에 획득하며 PL 스펙트럼을 측정할 수 있습니다. 이 장비로 초점화된 Ar⁺ 레이저(488 nm) 빔을 석영 기판에 사전 증착된 단일 나노와이어에 조사했습니다. 대물렌즈를 통한 크로마틱 컬러 CCD로 광학 이미지를 수집했습니다. 단일 Sn 도핑 CdS 나노와이어 전체의 PL 스펙트럼을 직접 수집해 형광 분광기에 결합했습니다. 모든 광학 실험에서 여기 신호는 시료 표면에 수직으로 조사되었습니다.

결과 및 논의

그림 1a, b는 초기 단계와 60분 성장 시간에서 형성된 나노와이어 형태 이미지를 보여줍니다. 초기 단계 나노와이어는 보통 끝에 큰 구슬이 있고 긴 와이어가 구슬과 연결되어 있습니다. 나노와이어 직경은 200 nm~2 µm, 길이는 수백 µm까지입니다. EDS 분석 결과 구슬은 Sn(그림 1c), 와이어는 주로 CdS(그림 1d)임을 나타냅니다. 놀랍게도 Cd:S 비율은 항상 1 미만입니다. Cd 원소 위의 셰이크업 피크는 와이어 내 Sn 분포 가능성을 시사하지만, EDS로 직접 구분할 수는 없습니다. SnO₂는 Sn 또는 Sn(IV)와 O₂로 분해될 수 있고, CdS 분말은 고온에서 Cd, S, CdS 증기를 형성합니다. 분해 후 형성된 Sn은 기체 또는 작은 액체 방울(mp 232°C, bp 2602°C) 형태로 존재할 수 있습니다. 이 기체나 방울은 캐리어 가스에 의해 저온 영역으로 이동해 액체 층으로 증착되며, 도착한 CdS 증기와 반응해 Sn-CdS 액체 합금 층을 형성해 개시 도핑 CdS 나노와이어 성장을 유도합니다. 따라서 나노와이어는 기액고(VLS) 성장 공정을 따릅니다[20], 여기서 Sn 촉매 입자나 방울은 합금 층이 Sn과 CdS 증기를 계속 모으는 한 CdS 나노와이어 성장을 담당합니다. 나노와이어는 초기 단계에서 올챙이 형태를 가지며 표면이 매끄럽습니다. Liu 등은 이러한 미세한 Sn을 촉매와 제2 핵생성 사이트로 사용해 분지형 CdS 나노구조를 합성했습니다[21]. 우리 실험에서는 Sn이 CdS 나노와이어 격자에 확산 도핑되어 아직 과포화에 도달하지 않아 제2 핵생성 사이트로 침전되지 않았습니다. 따라서 제조된 생성물은 분기 접합 대신 직선 형태를 가집니다.

제조된 나노와이어의 X-선 회절 패턴은 그림 2에 나와 있습니다. 결정학적 위상은 격자 상수 a = 4.141 Å, c = 6.720 Å를 가진 우르자이트 육방정계 CdS(JCPDS 카드: 41-1049)와 잘 일치합니다. 따라서 제조된 나노와이어는 우르자이트 CdS로 지정될 수 있습니다. 또한 Sn의 회절 피크(JCPDS 카드: 4-673, 사방정계, 격자 상수 a = 5.831 Å, c = 3.182 Å)가 명확히 관찰되어 CdS 나노와이어 헤드에 다량의 Sn이 존재함을 나타냅니다. 이 강하고 날카로운 회절 피크들은 제조된 나노와이어의 높은 결정 품질을 보여줍니다.

그림 3a, b는 상온에서 다른 도펀트 농도의 단일 나노와이어 미세 라만 산란 스펙트럼을 보여줍니다. 296과 592 cm⁻¹의 두 강한 피크는 각각 CdS의 1LO와 2LO에 기인합니다[22]. Z 축 분극은 전자 또는 엑시톤과 강하게 결합합니다. 1D 반도체 구조에서 횡방향 포논 구속과 종방향 기본 여기(엑시톤, 광자)의 편리한 수송으로 전자-LO 포논 결합 강도가 크게 강화될 수 있습니다. 반도체에서 전자-포논 결합 강도는 오버톤 포논 대 기본 포논 강도 비(\(I_{2LO}/I_{1LO}\))로 평가할 수 있습니다[23]. 우리 결과에서 큰 \(I_{2LO}/I_{1LO}\) 강도 비(1.67)는 순수 1D CdS 나노와이어의 1.52보다 이 Sn-CdS 나노와이어에서 더 강한 전자-LO 포논 결합을 반영합니다. 208, 320, 337, 357 cm⁻¹의 다른 네 포논 모드도 라만 산란 스펙트럼에서 관찰되었으며, 이는 CdS 고유 포논 모드가 아닙니다. 면밀한 검토 후 이 모드들은 도핑된 Sn(IV)S₂의 \(E_g\), \(A_{1g}\), \(A_{2u(TO)}\), \(A_{2u(LO)}\) 불순물 진동 모드로 지정되었습니다[24, 25]. 매우 흥미롭게도 SnS₂의 IR 활성 모드(\(A_{2u(TO)}\), \(A_{2u(LO)}\))가 라만 스펙트럼에서도 관찰되어, 캐리어 트래핑 즉 전자적 지원 하에서 전이 규칙의 현저한 완화를 나타냅니다. 결정이 단축이고 포논 전파 방향이 결정 주축을 따르지 않을 때, 전자-포논 또는 엑시톤-포논 상호작용으로 인해 일부 적외선 및 라만 모드가 동시에 활성화될 수 있습니다[26]. CdS 나노와이어 내 Sn 도펀트로 인한 결정 변형 증가와 주변 구조적 변동이 적외선 모드의 약한 활성화에 부분적으로 기여합니다[27]. \(A_{2u}\)는 음향 모드로, 그 출현은 전자와 국소 음향 포논의 두드러진 상호작용을 암시하며, 이는 Sn-CdS 나노와이어의 비정상적 방출 특성에 부분적으로 기여합니다. 관찰된 불순물 진동 모드는 일정량의 Sn(IV)가 나노와이어에 성공적으로 도핑되어 광학 특성을 크게 수정했음을 추가로 시사합니다. 이들 Sn-CdS 나노와이어에 X-선 광전자 분광(XPS) 측정을 수행했습니다. 그러나 XPS의 낮은 공간 분해능으로 인해 검출된 Sn 함량이 끝 구슬에서 온 것인지 백본 나노와이어에서 온 것인지 구분할 수 없었습니다. 또한 Sn 함량이 너무 낮아 에너지 분산 분광기(EDS)로 검출할 수 없습니다. 여기서는 라만 스펙트럼을 사용해 백본 나노와이어 내 Sn 농도의 높낮이를 정성적으로 결정했습니다. 라만 스펙트럼에서 볼 수 있듯, 소스 분말 내 SnO₂ 대 CdS 비율 증가에 따라 CdS 모드 대 SnS₂ 모드 강도 비가 감소하여 정성적으로 높은 Sn 도핑 농도를 나타냅니다.

PL 측정은 반도체 나노구조의 구조 결함과 불순물 결정에 매우 강력합니다. 약한 프뢸리히 전자-포논 결합 시스템에서 도펀트 도입으로 PL이 수정되며, 이는 형성 퍼텐셜과 광자-포논 결합 계수에 영향을 미칩니다. 방출 밴드는 도펀트가 깊은 준위에 위치할 때 다중 포논 레플리카를 보일 수 있습니다. 엑시톤 방출 밴드는 강한 결합 시스템에서 넓은 밴드나 깊은 트랩 상태의 위성 밴드로 붕괴될 수도 있습니다. 단일 직선 Sn-CdS 나노와이어(도펀트 농도 <0.01%)의 광학 도파관과 PL 스펙트럼을 측정해 근밴드갭 방출 대 트랩 상태 방출 강도 비에 따라 도핑 효과와 전자-포논 결합을 탐구했습니다. 단일 Sn-CdS 나노와이어의 현장 PL이 매우 강해 컬러 CCD 카메라로 쉽게 이미징 가능하며 육안으로도 가시적이었습니다(그림 4a). 해당 Sn-CdS 나노와이어의 밝은 필드 광학 이미지는 그림 4a 인셋에 나와 있습니다. 방출 일부가 저여기 파워에서도 축 방향으로 전파돼 나노와이어 끝에서 방출되어 도핑 CdS 나노와이어의 우수한 광학 도파관 특성을 보여줍니다. 현장 방출 색상은 황록색인 반면, 장거리 수송 후 끝에서의 방출 색상은 적색입니다(그림 4a). Pan 등은 Se 고농도 도핑 CdS 1D 나노구조에서 거리에 따른 방출 색상 변화를 보고하며 조성 및 결정도 변화에 의한 밴드 테일 이동에 기인한다고 보았습니다[28]. 사실 전자-포논 결합 향상 효과도 무시할 수 없습니다. 현재 Sn 저농도 도핑 CdS 나노와이어에서 방출 색상 변화 원인은 불순물에 의한 트랩 엑시톤과 c 축을 따른 광 수송 중 향상된 e-p 결합에서 기인합니다. 그림 4b는 원거리 여기 파워 의존 PL입니다. 509 nm 방출은 근밴드갭 방출에 기인하며, 다른 낮은 에너지의 넓은 방출 밴드들은 트랩 상태 방출에 기인합니다. 모든 방출 밴드 강도는 여기 파워 증가에 따라 급격히 증가하지만, 근밴드갭 방출이 트랩 상태 방출보다 약간 더 빠르게 증가합니다. 이 현상은 여기 파워 증가 시 근밴드갭 방출 강도가 크게 증가하는 전통적인 깊은 트랩 상태와 다릅니다. 인접 트랩 상태 밴드 간 에너지 간격은 229.7, 239.8, 267.3, 268.3, 277, 318.6, 312.1, 300.6 cm⁻¹로, 더 긴 파수 쪽으로 약간 증가하며 LO 포논 에너지(296 cm⁻¹)에 접근합니다. 이 다중 포논 프로파일은 트랩 상태의 비선형 e-p 결합을 나타냅니다[29]. 트랩 엑시톤들은 광 수송 중 결맞음을 유지하며 도핑된 주석 이온과 산란해 결맞게 방출합니다. 따라서 LO 포논 에너지로부터의 에너지 간격 약간의 편차는 광 통과 거리 증가로 인한 것일 수 있으며, 깊은 트랩 상태의 불완전한 국소화를 나타냅니다. 이들 엑시톤들은 2D 구속 나노구조에서 한 줄로 정렬되길 선호하며 결합해 새로운 엑시톤 응집을 형성합니다. 응집 자체가 엑시톤 간 비선형 상관관계를 나타내며 거대 진동자 강도를 산출해 비선형 광학 반응을 유도합니다[30, 31]. 불순물이나 결함이 많은 불완전한 나노물질에서 불순물/결함 유도 결정 변형은 전자-포논 결합을 현저히 수정하고 근밴드갭 방출 외에 nLO 포논 보조 방출을 항상 유도합니다[32-34]. 이 다중 포논 방출 프로파일은 실리카 섬유의 고차 자극 라만 공정과 유사하며, 차이점은 방출 밴드에 대한 실제 상태 기여에 있습니다. 다중 포논 산란 공정 수(n)가 폴라론 결합 계수 α에 비례함이 보고되었습니다. 즉, 최대 주파수 이동 \(n\omega_{LO}\)는 변형 에너지(0.5 \(\alpha h\omega_{LO}\))에 비례합니다[35]. 따라서 현재 PL 스펙트럼은 Sn-CdS 나노와이어에서 매우 큰 변형 퍼텐셜과 강한 전자-포논 결합을 나타냅니다.

CdS 나노와이어 내 도핑된 Sn(IV) 농도는 전구체 내 SnO₂ 대 CdS 비율 증가에 따라 증가하며, 훨씬 약한 근밴드갭 방출과 더 강한 불순물 방출을 가진 유사한 PL 스펙트럼을 산출합니다(그림 5). 이는 이 시스템에서 향상된 e-p 결합을 나타냅니다. 그림 4b와 달리, 근밴드갭 대 트랩 상태 방출 강도 비가 가변 여기 파워에서 0.05~0.10으로 감소합니다. 트랩 상태 방출 강도가 증가하는 여기 파워 하에서 근밴드갭 방출보다 더 빠르게 증가해, 불순물과 포논에 의한 상대적으로 더 강한 산란을 입증합니다. 인접 불순물 밴드 간 에너지 간격은 272.7, 325, 324, 311.9, 364.3, 372.6, 309.1, 297.1, 371.5, 375.4, 410.7, 387.1 cm⁻¹로, LO 포논 에너지(296 cm⁻¹)에 접근합니다. 이 더 큰 편차는 활성 광 도파관에서의 단계적 여기와 더 많은 Sn 이온이 나노와이어에 도핑되어 더 강한 전자-포논 결합을 생성함을 입증합니다.

Sn 도핑 CdS 나노와이어의 또 다른 흥미로운 PL 스펙트럼이 그림 6에 나와 있습니다. 더 높은 도핑 농도 나노와이어에서 근밴드갭 방출은 매우 약한 반면, 트랩 상태 방출이 지배적 역할을 합니다. 인접 불순물 방출 밴드 간 에너지 간격은 488, 581.9, 655.4, 683.3, 683.8 cm⁻¹로, 약간 증가하며 2LO 포논 에너지(592 cm⁻¹)에 가깝습니다. 2LO 포논 보조 방출 강도는 여기 파워 증가에 따라 유의미하게 증가합니다. 2LO 포논 보조 방출 출현은 강한 전자-2LO 포논 결합을 시사하며, 강한 2LO 라만 모드를 보이는 라만 산란 스펙트럼(그림 3)과 잘 일치합니다. 이 흥미로운 현상은 일반적인 개념으로 명확히 이해하기 어렵습니다. 종방향 광학 모드가 1피코초 내 전자와 결합함이 보고되었습니다[23]. 고농도 도핑 상황에서 Sn-Sn 쌍이 형성되면, 전자-1LO 포논 결합이 결합 위치에서 바이폴라론 엑시톤 같은 결합 쌍을 유도할 수 있습니다. 이러한 바이폴라론 엑시톤(전자-2LO 포논) 상태는 긴 수명을 가진 트랩 센터에서 종종 발생하며 결맞게 빛을 방출할 수 있는 반면, 1LO 보조 방출 밴드는 긴 수송 길이와 짧은 시간 완화 후 잘 분해되지 못할 수 있습니다. 따라서 2LO 보조 방출이 더 높은 도핑 농도 나노와이어에서 지배적일 수 있습니다. 더 많은 도핑은 더 비정상적인 현상을 유발할 수 있습니다. 구조적 전위 시작과 입방상 형성 가능성도 있습니다. 그림 6d는 Sn(IV) 농도를 더 증가시킨 도핑 나노와이어의 유사한 PL 스펙트럼을 보여줍니다. 530 nm와 541 nm 방출 밴드는 각각 우르자이트와 아연블렌드 상 CdS의 근밴드갭 방출에 기인할 수 있습니다[36]. 현재 경우 에너지 차이 \(\Delta E^{WZ-ZB}\)는 0.048 eV로, WZ와 ZB CdS 밴드갭 에너지 차이가 0.1 eV 미만이라는 사실과 일치합니다[37, 38]. 더 중요한 것은 인접 트랩 상태 방출 밴드 간 에너지 간격이 1100.2, 1230.6, 1218.7 cm⁻¹ 값을 보이며, 4LO 포논 에너지(1184 cm⁻¹)에 가깝습니다. 이 오버톤 효과는 Sn-CdS 나노와이어에서 고차 전자-포논 결합을 시사합니다.

다른 방출 메커니즘을 조사하기 위해 400 nm 파장의 ps 염료 N₂ 펄스 레이저 여기 하에서 근밴드갭 방출과 트랩 상태 방출에 대한 PL 감쇠 측정을 수행했습니다(그림 7). 근밴드갭 방출은 520 nm에 위치하며, 깊은 트랩 방출은 550~750 nm 범위에서 609 nm를 중심으로 합니다(그림 7a), SNOM으로 조사한 단일 나노와이어 PL과 일치합니다. 520 nm와 609 nm, 625 nm, 640 nm의 수명 감쇠 프로파일은 그림 7b, c에 나와 있습니다. 520 nm와 609 nm의 감쇠 시간은 다중 지수 함수로 피팅되어, 각각 0.3227 ns(22.90%), 4.2585 ns(25.86%), 26.4584 ns(35.31%), 289.1292 ns(15.92%)와 0.1309 ns(60.41%), 0.6641 ns(8.39%), 24.8286 ns(20.86%), 194.1492 ns(10.35%)의 시간 상수를 보였습니다. 640 nm, 625 nm, 609 nm 밴드의 PL 수명은 거의 동일한 프로파일과 수명 파라미터를 보였습니다. 이러한 결과는 이전 보고[18]와 대조됩니다. 순수 CdS 나노와이어의 다른 여기 파워 하 에너지 완화 공정은 전자-포논과 엑시톤-엑시톤 상호작용만 거칩니다. Sn 도핑 CdS 나노와이어의 경우 깊은 트랩 상태와 캐비티 효과 같은 다른 상호작용도 완화 공정에 참여해야 합니다. 감쇠 공정의 개략도는 그림 7d에 나와 있습니다. 여기 후 높은 확장 밴드에서 전도대 끝으로 완화하며 많은 캐리어가 밴드갭 내 불순물 상태에 트랩됩니다. 이들 다른 불순물 준위나 쌍 상태 준위에서 온 캐리어 간 상호작용도 엑시톤 재결합에 관여하며 관찰된 다른 감쇠 수명에 해당하는 활성 광학 캐비티에서 방출됩니다. 부분적 캐리어들이 한 깊은 트랩 준위에서 산란돼 나와 낮은 트랩 준위에서 다시 트랩됩니다(그림 7d의 (1), (2), (3), (4) 재결합 공정). 밴드갭 방출의 경우, 0.3227 ns 같은 빠른 시간 상수는 캐리어 직접 재결합에 해당해야 하며, 다른 시간 상수들은 바운드 엑시톤 복사 재결합(4.2585 ns)과 불순물 에너지대와 원자가대 사이 얕은 트랩 캐리어(수십, 수백 ns)에 해당할 수 있습니다. 트랩 상태 방출의 경우, <1 ns의 훨씬 짧은 수명과 다른 성분들은 풍부한 캐리어-캐리어 및 캐리어-포논 상호작용을 반영해 트랩 상태의 전형적 특성을 입증합니다.

결론

요약하자면, 간단한 열증착법으로 고품질 Sn 도핑 CdS 나노와이어를 합성하고 흥미로운 광학 특성을 입증했습니다. XRD와 라만 산란 스펙트럼이 Sn(IV)가 CdS 나노와이어에 성공적으로 도핑됨을 확인했습니다. 도핑된 단일 나노와이어에서 근밴드갭 방출과 트랩 상태 방출이 동시에 관찰되었습니다. 트랩 상태 방출 대 근밴드갭 방출 추가 분석은 비선형 전자-포논 결합을 나타냅니다. 가변 Sn 도펀트 농도의 도핑 CdS 나노와이어는 잘 분리된 다중 포논 레플리카(1LO, 2LO, 4LO) 보조 방출 밴드를 보여주어, 향상된 전자-포논 결합과 유의미한 트랩 상태를 입증합니다. 수명 감쇠는 다중 성분 완화를 시사하며 광생성 캐리어의 가변 재결합 채널을 반영합니다. 이들 Sn 도핑 CdS 나노와이어는 발광 소자와 나노포토닉스 시스템에서 잠재적 응용을 찾을 수 있을 것입니다.

데이터 및 자료 가용성

현재 연구 동안 사용되거나 분석된 데이터셋은 합리적 요청 시 교신 저자로부터 제공 가능합니다.

약어

PL:

광발광

1D:

1차원

EHP:

전자-정공 플라즈마

F-P:

파브리-페로

SCCM:

표준 입방센티미터/분

VLS:

기액고