Quantum confinement effects in Ge nanocrystals

Abstract

The exciton Bohr radius of bulk Ge is larger than that of Si, hence resulting more prominent quantum size effects. In this work, the electron structure of Ge nanocrystals is studied by means a sp³s* tight binding approximation. Comparing the theoretical calculations with experimental data, we conclude that, similar to the case of silicon, the blue-green photoluminescence of Ge nanocrystals probably comes from surface and the size dependent photoluminescence in the near infrared probably involves a deep trap in the gap of the nanocrystals.

Германiй в об'ємнiй структурi має бiльший радiус екситона Бора, нiж кремнiй, тому в ньому сильнiше вираженi квантово-розмiрнi ефекти. У роботi дослiджено електронну структуру нанокристалiв германiю з застосуванням наближення тiсного зв'язку sp³s*. 3iставивши теоретичнi розрахунки з експериментальними даними, автори дiйшли висновку, що, як i у випадку кремнiю, синьо-зелена фотолюмiнесценцiя нанокристалiв германiю виникає, iмовiрно, на поверхнi та процес розмiрно-залежної фото- люмiнесценцiї у ближнiй iнфрачервонiй областi протiкає за участю глибоких пасток у забороненiй зонi нанокристалiв.

Германий в объемной структуре имеет больший радиус экситона Бора, чем кремний, поэтому в нем сильнее выражены квантово-размерные эффекты. В работе электронная структура нанокристаллов германия исследована с применением приближения тесной связи sp³s*. Сопоставляя теоретические расчеты с экспериментальными данными, авторы пришли к выводу, что, как и в случае кремния, сине-зеленая фотолюминесценция нанокристаллов германия возникает, вероятно, на поверхности и процесс размерно-зависимой фотолюминесценции в ближней инфракрасной области протекает с участием глубоких ловушек в запрещенной зоне нанокристаллов.