[发明专利]利用局域表面等离激元共振效应估算纳米硅量子点中掺杂效率的方法

摘要

利用局域表面等离激元共振效应估算纳米硅量子点中掺杂效率的方法，步骤以下：第一步：对不同掺杂浓度的纳米硅量子点材料的制备与纳米硅量子点材料的局域表面等离激元共振效应的表征；掺杂纳米硅量子点材料的制备，局域表面等离激元共振(LSPR)效应的表征：采用傅里叶变换红外光谱仪对不同掺杂浓度的多层膜样品进行测试，得到了在1微米之内短波长范围的红外光谱吸收，对应于样品的局域表面等离激元共振吸收；第二步：利用掺杂纳米硅量子点材料的局域表面等离激元共振峰估算纳米硅量子点中的掺杂浓度与掺杂效率。

主权项

1.利用局域表面等离激元共振效应估算纳米硅量子点中掺杂效率的方法，其特征是包括以下步骤：第一步：对不同掺杂浓度的纳米硅量子点材料的制备与纳米硅量子点材料的局域表面等离激元共振(LSPR)效应的表征；1)掺杂纳米硅量子点材料的制备：利用PECVD和高温退火制备具有不同掺杂浓度纳米硅量子点/二氧化硅多层膜材料：生长掺杂纳米硅量子点材料时先通入硅烷(SiH4)在硅片上进行非晶硅层沉积，同时通入氢气稀释的1vol％磷烷以实现磷掺杂，并改变磷烷流量以获得不同的掺杂浓度；紧接着，关闭硅烷和磷烷，通入氧气(O2)进行原位氧化获得二氧化硅层；通过交替进行非晶硅沉积/原位氧化两个过程，能够获得掺杂浓度可调的非晶硅/二氧化硅(a‑Si/SiO2)多层膜结构；随后对制备的非晶硅/二氧化硅多层膜进行脱氢处理；脱氢后，对样品进行了氮气氛围下的高温退火处理，使纳米硅结晶并激活磷原子；经过以上步骤就能够制备掺杂浓度可调的纳米硅量子点/二氧化硅多层膜；2)局域表面等离激元共振(LSPR)效应的表征：采用傅里叶变换红外光谱仪对不同掺杂浓度的多层膜样品进行测试，得到了在1微米之内短波长范围的红外光谱吸收，对应于样品的局域表面等离激元共振吸收；第二步：利用掺杂纳米硅量子点材料的局域表面等离激元共振峰估算纳米硅量子点中的掺杂浓度与掺杂效率：利用Drude模型，由LSPR的峰位估算出掺杂纳米硅中的电子浓度，进而获得了掺杂原子的有效掺杂浓度：在Si纳米颗粒中，LSPR的能量与电子浓度的关系近似用以下的Drude公式来表示：其中ω_sp为LSPR共振频率，n为自由电子浓度，e是电子电量，ε₀为真空介电常数，m_e为自由电子的有效质量，ε_∞为硅量子点的高频相对介电常数，为晶体硅的高频相对介电常数，R为硅量子点的半径，ε_m为周围介质的介电常数；从上公式可以看出，在确定基本常量后，将所测得的LSPR共振吸收峰转化为共振频率ωsp，代入公式即可估算纳米硅多层膜中的电子浓度，进而得到磷在多层膜中的有效掺杂效率。