Porous Silicon Thin Layers and Free Standing Membranes: Hybrid Nanocomposites and Advantage of Infrared Raman Scattering
Couches minces et membranes auto supportées de silicium poreux : nanocomposites hybrides et apport de la diffusion Raman infrarouge
Résumé
The large developed area of porous silicon makes it a potential host for the incorporation of organic molecules. The hybrid nanocomposites based on luminescent conjugated molecules may be suitable for applications in optoelectronics.
The study includes two parts: the first is devoted to the morphological and optical properties study of porous silicon thin layers and free standing membranes fabricated in the laboratory, using electron microscopy, spectroscopic ellipsometry and absorption. The microstructural analysis of porous layers by Raman scattering allowed us to estimate the nanocrystallite size distribution via the phonon confinement model and confirms the absence of free charge carriers. A polarized Raman study of free porous membrane allows us to probe inhomogeneities of the light propagation in this material.
The second part presents the studies on the impregnation of fluorescent molecules in the pores. Photoluminescence gives a way to verify the effectiveness of the incorporation of Rhodamine R6G molecule and its homogeneity. The selective excitation allows to study the energy transfer between the two materials. The time-resolved photoluminescence shows that the presence of R6G creates new channels of non-radiative desexcitation.
The THD is incorporated into free membranes made organophiles, and then spontaneously polymerize in situ in poly-diacetylene. The angular variation of the photoluminescence and Raman scattering show the presence of polymer chains whose the degree of orientation is consistent with a growth along the pores.
The study includes two parts: the first is devoted to the morphological and optical properties study of porous silicon thin layers and free standing membranes fabricated in the laboratory, using electron microscopy, spectroscopic ellipsometry and absorption. The microstructural analysis of porous layers by Raman scattering allowed us to estimate the nanocrystallite size distribution via the phonon confinement model and confirms the absence of free charge carriers. A polarized Raman study of free porous membrane allows us to probe inhomogeneities of the light propagation in this material.
The second part presents the studies on the impregnation of fluorescent molecules in the pores. Photoluminescence gives a way to verify the effectiveness of the incorporation of Rhodamine R6G molecule and its homogeneity. The selective excitation allows to study the energy transfer between the two materials. The time-resolved photoluminescence shows that the presence of R6G creates new channels of non-radiative desexcitation.
The THD is incorporated into free membranes made organophiles, and then spontaneously polymerize in situ in poly-diacetylene. The angular variation of the photoluminescence and Raman scattering show the presence of polymer chains whose the degree of orientation is consistent with a growth along the pores.
La grande surface développée du silicium poreux fait de lui un hôte potentiel pour l'incorporation de molécules organiques. Les nanocomposites hybrides à base de molécules conjuguées luminescentes pourraient se prêter à des applications en optoélectronique.
L'étude comprend deux parties : la première est consacrée à l'étude morphologique et optique des couches minces et des membranes auto-supportées de silicium poreux fabriquées au laboratoire en utilisant la microscopie électronique, l'ellipsométrie spectroscopique et l'absorption. L'analyse microstructurale des couches poreuses par diffusion Raman nous a permis d'estimer la distribution de tailles des nanocristallites via le modèle de confinement des phonons et de confirmer l'absence de porteurs de charges libres. Une étude de Raman polarisé sur des membranes poreuses libres permet de sonder les inhomogénéités de propagation de la lumière dans ce milieu.
La seconde partie présente les études concernant l'imprégnation de molécules fluorescentes dans les pores. La photoluminescence donne un moyen de vérifier l'efficacité de l'incorporation de molécule de Rodhamine R6G et son homogénéité. L'excitation sélective permet une approche des transferts d'énergie entre les deux matériaux. La photoluminescence résolue en temps montre que la présence de la R6G crée de nouveaux canaux de désexcitation non radiative.
Le THD est incorporé dans des membranes libres rendues organophiles, puis polymérise spontanément in situ en son poly-Diacétylène. La variation angulaire de la photoluminescence et du Raman témoignent de la présence de chaînes de polymères dont le degré d'orientation est compatible avec une croissance le long des pores.
L'étude comprend deux parties : la première est consacrée à l'étude morphologique et optique des couches minces et des membranes auto-supportées de silicium poreux fabriquées au laboratoire en utilisant la microscopie électronique, l'ellipsométrie spectroscopique et l'absorption. L'analyse microstructurale des couches poreuses par diffusion Raman nous a permis d'estimer la distribution de tailles des nanocristallites via le modèle de confinement des phonons et de confirmer l'absence de porteurs de charges libres. Une étude de Raman polarisé sur des membranes poreuses libres permet de sonder les inhomogénéités de propagation de la lumière dans ce milieu.
La seconde partie présente les études concernant l'imprégnation de molécules fluorescentes dans les pores. La photoluminescence donne un moyen de vérifier l'efficacité de l'incorporation de molécule de Rodhamine R6G et son homogénéité. L'excitation sélective permet une approche des transferts d'énergie entre les deux matériaux. La photoluminescence résolue en temps montre que la présence de la R6G crée de nouveaux canaux de désexcitation non radiative.
Le THD est incorporé dans des membranes libres rendues organophiles, puis polymérise spontanément in situ en son poly-Diacétylène. La variation angulaire de la photoluminescence et du Raman témoignent de la présence de chaînes de polymères dont le degré d'orientation est compatible avec une croissance le long des pores.
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