Details

Предмет исследования. В работе рассматриваются вероятности оптических переходов в нанокристаллах кремния в диэлектрической матрице SiO[2] и нанокристаллах, пассивированных водородом. Цель работы. Теоретическое исследование вероятности оптических переходов, сечения поглощения и плотности электронных состояний в нанокристаллах кремния с различным окружением, адаптация метода сильной связи для корректного описания пассивации оборванных связей кремния. Метод. В работе используется вариант метода сильной связи с учётом большого количества орбиталей s, p, d и s* и взаимодействия между ближайшими соседями. Основные результаты. Рассчитана локальная плотность состояний электронов и дырок, вероятности оптических переходов и сечения поглощения в нанокристаллах кремния, пассивированных водородом, и нанокристаллах, помещённых в матрицу SiO[2]. Показано, что электронные и дырочные состояния в пассивированных нанокристаллах кремния локализованы внутри кристалла, оптические переходы преимущественно осуществляются в диапазоне длин волн 440-620 нм при диаметре кристалла 4 нм. Окружение матрицей SiO[2] приводит к увеличению вероятности оптических переходов и появлению плотности состояний вне нанокристалла, излучение в этом случае происходит в диапазоне волн 410-620 нм при диаметре кристалла 4 нм. Практическая значимость. Перспектива применения нанокристаллов кремния в фотонике и фотовольтаике, разработка технологии создания нанокристаллов кремния с заданными оптическими свойствами.

Subject of study. The work dedicates to optical transitions and absorption cross-section calculation in the silicon nanocrystals in a SiO[2] dielectric matrix and nanocrystals passivated with hydrogen. Purpose of study. Calculate the probability of optical transitions and the density of electronic states in silicon nanocrystals with different environments, adapt the tight-binding method for correct passivation of dangling silicon bonds. Method. The work uses a variant of the tight binding method taking into account a large number of s, p, d and s* orbitals. Main results. The local density of states of electrons and holes, the probabilities of optical transitions, and the absorption cross section in silicon nanocrystals passivated with hydrogen and nanocrystals placed in a SiO[2] matrix are calculated. It has been shown that electronic and hole states in passivated silicon nanocrystals are localized inside the crystal; optical transitions occur with a wavelength in the range of 440-620 nm. Surrounding the SiO[2] matrix leads to an increase of the probability of optical transitions and the appearance of density of states outside the nanocrystal; radiation in this case occurs in the wavelength range 410-620 nm. Practical significance. Prospects for the use of silicon nanocrystals in photonics and photovoltaics, development of technology for creating silicon nanocrystals with specified optical properties.