Laserbasierte Methoden zur Steigerung der Photolumineszenz von Si-Quantenpunkten durch Kopplung an plasmonische Partikel
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Während Silizium aus der Halbleiterindustrie nicht wegzudenken ist, sind dessen Anwendungen in der Photonik noch sehr begrenzt. Die so genannte indirekte Bandlücke erschwert die Wechselwirkung von Si mit Licht. Allerdings ist bekannt, dass Silizium bei einer Größenreduktion auf wenige Nanometer andere optische Eigenschaften aufweist als im Volumenmaterial. Diese so genannten Silizium-Nanokristalle oder Silizium-Quantenpunkte ermöglichen die Absorption und Emission von Licht im sichtbaren und nahinfraroten Spektrum. Eine mögliche Anwendung wäre die Integration aktiver Emitter in der Si-Photonik. Allerdings lassen sich auch viele weitere Anwendungen finden, beispielsweise in der Datenspeicherung oder in der Photovoltaik. Obwohl die Effizienz der Silizium-Nanokristalle in den vergangenen Jahren gesteigert wurde, reicht diese weiterhin nicht aus, um in den Anwendungen umgesetzt zu werden. In diesem Projekt wurden laserbasierte Methoden entwickelt, um die Effizienz zu steigern. Dazu wurden metallische Nanopartikel, in diesem Fall Gold, an die Silizium- Quantenpunkte gekoppelt. Als Methode hierfür wurde die laserbasierte Implantation von Gold-Nanopartikeln in eine Oxidmatrix, die Si-Nanokristalle enthält, erarbeitet. Weisen die Gold-Nanopartikel die richtigen Größen und Formen auf, können sie durch ihre Antennenwirkung die Lichtabsorption und Lichtemission der Si-Nanokristalle verstärken. Entscheidend ist hierfür auch der Abstand zwischen den metallischen Partikeln und den Si-Quantenpunkten. Im Projekt konnte eine Steigerung der Photolumineszenz (PL) auf mehr als das Doppelte erreicht werden. Eine weitere Steigerung um das Dreifache konnte durch eine gitterartige Oberflächenstrukturierung der die Si-Nanokristalle enthaltenden Schicht, die das Abstrahlverhalten verbessert, erreicht werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Laser-based methods for luminescence enhancement of Si-nanocrystals by coupling to plasmonic nanoparticles. DPG-Workshop Applied photonics, Bad Honnef (09.2021)
L.J. Richter & J. Ihlemann
-
Homogeneous Nanostructures on SiO2 formed with Femtosecond Laser Pulses and Improvement of Optical Transmittance. 16th International Conference on Laser Ablation COLA 2021/22, Matsue, Japan (04.2022)
M. Edakubo, Y. Haraguchi, H. Aruga-Katori, G. Miyaji, L.J. Richter & J. Ihlemann
-
Improvement of the optical transmittance of a SiO2 surface by a femtosecond-laser-induced homogeneous nanostructure formation. Optical Materials Express, 12(10), 3982.
Edakubo, Minami; Richter, Lukas Janos; Haraguchi, Yuya; Aruga-Katori, Hiroko; Ihlemann, Jürgen & Miyaji, Godai
-
Laser based fabrication of photonic nanostructures and nanoparticles. CINSaT autumn colloquium, Kassel (11.2022)
J. Ihlemann, L.J. Richter, C.M. Beckmann & J. Meinertz
-
Laser based methods for photoluminescence enhancement of silicon nanocrystals. 16th International Conference on Laser Ablation COLA 2021/22, Matsue, Japan (04.2022)
L.J. Richter & J. Ihlemann
-
Photoluminescence enhancement of silicon nanocrystals by excimer laser implanted gold nanoparticles. Applied Physics A, 128(9).
Richter, Lukas Janos & Ihlemann, Jürgen
-
Excimer Laser Surface Patterning for Photoluminescence Enhancement of Silicon Nanocrystals. Photonics, 10(4), 358.
Richter, Lukas Janos; Ross, Ulrich; Seibt, Michael & Ihlemann, Jürgen
-
Laser Based Methods for Photoluminescence Enhancement of Silicon Nanocrystals in a Silicon Suboxide Matrix. 2023 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe & European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC), 1-1. IEEE.
Richter, L. J. & Ihlemann, J.
-
Laser implantation of plasmonic nanoparticles for photoluminescence enhancement of silicon quantum dots. Nanoscale and Quantum Materials: From Synthesis and Laser Processing to Applications 2023, 33. SPIE.
Richter, Lukas Janos & Ihlemann, Jürgen
