Оптические свойства кремниевых нанонитей, полученных методом металл-стимулированного химического травления с использованием золотых наночастиц

Кремниевые нанонити (КНН), благодаря их уникальным структурным и физическим свойствам, являются перспективным материалом для использования в электронике, фотовольтаике, фотонике, сенсорике и биомедицине. Несмотря на множество методов, доступных для синтеза КНН, металл-стимулированное химическое травление (MСХТ) сегодня является одним из наиболее перспективных для их экономически эффективного производства. В большинстве работ в качестве катализатора химической реакции травления кристаллического кремния используют наночастицы серебра. Однако использование золотых наночастиц в МСХТ может существенно повлиять на морфологию и оптические характеристики получаемых образцов. В представленной работе КНН синтезированы методом МСХТ кристаллического кремния с использованием золотых наночастиц. Показано с помощью методов растровой и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, что полученные нанонити имеют диаметр $\sim$ 100 нм и представляют собой $\sim$ 50 нм кристаллический стержень, покрытый $\sim$ 25 нм слоем SiO$_2$, на границе которых присутствуют кремниевые нанокристаллы. Пористость массивов КНН оценивалась из их спектров зеркального отражения, и рассчитывалась с помощью модели эффективной среды Бруггемана, и составляет 70 %. При этом образцы демонстрируют крайне низкое (3–7 %) полное отражение в спектральной области 250–1000 нм, увеличение интенсивностей межзонной фотолюминесценции и комбинационного рассеяния света по сравнению с исходной подложкой кристаллического кремния, за счет эффекта локализации света. Кроме того, обнаружена фотолюминесценция нанонитей в области 500–1000 нм с максимумом на 700 нм, что объясняется излучательной рекомбинацией экситонов в кремниевых нанокристаллах с размером 3–5 нм.