Стабильная и обратимая фотолюминесценция от нанопроволок GaN при настройке раствора с помощью концентрации ионов

Введение

Кристаллический GaN был выбран в качестве перспективного полупроводникового материала с широкой прямой запрещенной зоной 3,39 эВ. Он обладает множеством хороших свойств материала, которые нашли широкое применение, например, в диодах синего / ультрафиолетового излучения [1, 2], оптоэлектронике [3, 4], высокотемпературных / высокомощных устройствах [5, 6] и полевой транзистор [7, 8]. По сравнению с объемным материалом одномерные наноструктуры существуют по существу эффективно для релаксации решетки [9]. Таким образом, они могут быть выращены с меньшим количеством кристаллических дефектов [10], и это составляет основное преимущество, когда эти дефекты влияют на излучение фотолюминесценции (ФЛ) и электрические свойства. Длинные нанопроволоки обеспечивают более крупные поверхности, которые могут быть использованы в сенсорных и химических приложениях [11, 12]. Кроме того, GaN стабилен и не требует строгого вакуума, что позволяет применять его в химической среде.

Фотолюминесценция - одно из наиболее часто используемых свойств для изучения квантовых состояний материала [13, 14], поскольку ФЛ возникает в результате радиационного распада возбужденных состояний. Для твердотельных материалов взаимодействие ФЛ с окружающими химическими условиями дает возможность исследовать возбужденные состояния. Такое поверхностное взаимодействие также может быть использовано для химических сенсоров и визуализации [15, 16]. Однако для большинства материалов ФЛ деградирует в реактивной среде, потому что она легко гасится за счет поверхностных дефектных состояний или за счет переноса фотогенерированных носителей на ионные частицы в растворе [17, 18]. В частности, для большинства органических и неорганических полупроводников в водном растворе ФЛ нестабильна [19,20,21]. Следовательно, для флуоресцентных квантовых точек неорганических полупроводников часто требуется структура ядро-оболочка для защиты светоизлучающих квантовых состояний [21,22,23,24,25]. Таким образом, взаимодействие между химическими веществами в растворе и квантовым состоянием становится слабым из-за защиты.

Были предложены оптические датчики pH, которые преодолели такие проблемы, как дрейф сигнала, паразитные эффекты фототока и стабильность герметичного электрического контакта в химически агрессивных жидкостях, хотя они не могли покрыть широкий диапазон pH [26]. Люминесцентные свойства покрытых и непокрытых неорганических наночастиц могут реагировать на изменения pH в более широком диапазоне [27, 28], но электрический потенциал свободных наночастиц нельзя контролировать, запрещая количественный анализ реакции pH. Превосходные оптические свойства нанопроволок нитридов III группы [29, 30] позволяют использовать pH и отклик смещения на интенсивность ФЛ в качестве сигнала обнаружения [31]. Положение краев полос в нитридных материалах группы III относительно окислительно-восстановительных уровней воды привлекает внимание к применению в фотокаталитическом расщеплении воды путем переноса заряда через границу раздела нитрид-материал группы III / электролит [32,33,34]. Было показано, что эффективность этого процесса повышается, если вместо плоских электродов используются нанопроволоки [35].

До сих пор большая часть исследований ФЛ нанопроволок GaN проводится на воздухе. Есть несколько отчетов, в которых обсуждается PL в растворе. Ионы могут изменить процесс рекомбинации фотоносителей. Оптическое возбуждение нанопроволок в растворе связано с такими потенциальными применениями, как расщепление воды и датчик ионов.

В этой работе мы изучаем отклик ФЛ от нанопроволок GaN, которые содержат высокочувствительную поверхность GaN [35,36,37,38], погруженную в воду, включая кислоту, основание и соли, без какой-либо защиты. Установка, в отличие от типичной установки для электрохимической реакции [39,40,41,42,43], менее сложна без покрытия электрохимических выводов. Отклик PL измеряется и коррелируется с концентрацией ионов. Квантовые состояния нанопроволок подвергаются воздействию внешней среды и имеют прямое физическое взаимодействие. Мы обнаружили, что ФЛ в основном увеличивается с концентрацией ионов для нанопроволок, но уменьшается для пленок. Показано, что зависимость ФЛ от ионов имеет обратимое взаимодействие с различными типами кислотных и солевых растворов. Ранее был отчет, в котором использовался стандартный физиологический раствор с фосфатным буфером с концентрацией фосфата 0,01 M для поддержания его постоянной высокой ионной концентрации, поэтому при измерениях менялись только значения pH, а PL нанопроволок зависела только от значения pH [ 31]. В нашей работе нет фонового буферного раствора, а концентрация ионов варьируется. ФЛ реагирует на ионы, а не просто на значения pH. Оказывается, PL не только контролируется значением pH, но также зависит от концентрации анионов кислот. Механизм реакции, описанный здесь, отличается от электрохимии, которая требует электродов для измерений, а концентрация ионов в нашей экспериментальной установке изменяется в зависимости от pH, который в основном вносит вклад в PL. Тенденции можно интерпретировать как конкуренцию двух эффектов ионов:перенос носителей на окислительно-восстановительный уровень и изменение области истощения.

С точки зрения приложения, стабильный отклик PL в агрессивной химической среде может применяться для мониторинга отходов или загрязненной воды в течение длительного времени. Если кусок нанопроволоки GaN погрузить в такую ​​воду, его ФЛ-отклик может быть получен за счет внешнего оптического возбуждения и сбора флуоресценции. Преимущество нанопроволок GaN состоит в том, что они взаимодействуют только физически, но не химически, благодаря своей превосходной стабильности в экстремальных условиях. Обычная тестовая бумага или электрохимический датчик не могут работать в таких условиях в течение длительного периода. Кроме того, в нашей экспериментальной установке нет необходимости в трех электрохимических выводах для поддержания потенциала электролита. Это значительно упрощает настройку. Нет химической реакции; Для важного материала нанопроволок GaN в растворе электролита установлена ​​четкая картина процесса релаксации фотоносителей. Такая картина может способствовать будущей разработке новых приложений GaN, таких как ионный датчик или разделение воды.

Методы

Синтез нанопроволок и пленок GaN

Рост нанопроволок GaN по механизму VSS и пленки GaN были получены в системе гидридной парофазной эпитаксии (HVPE) [44, 45], где уровень вакуума составляет 1 атмосферу. В качестве газов-прекурсоров использовался аммиак (NH ₃ ) и хлорид галлия (GaCl), образующийся при пропускании газообразного HCl, разбавленного азотом, через расплавленный Ga при 850 ° C. Для роста нанопроволок в качестве катализатора был выбран Ni, и рост происходил при 880 ° C с V / III =20 и газом-носителем N ₂ 400 куб. Затем нанопроволоки GaN росли, когда два газа-прекурсора, GaCl (как источник Ga) и NH ₃ (как источник азота), встречался и прореагировал вблизи образцов при 650–950 ° C. Нанопроволоки GaN были ориентированы по оси m [45]. Обратите внимание, что катализаторы Ni-Ga были вытравлены HCl из потока и побочного продукта реакции во время роста [46]. Толстая пленка GaN c-ориентации была выращена на сапфире в системе HVPE при температуре роста 1050 ° C. Толщина пленок GaN составляет 300 ± 10 мкм.

Подготовка образца

Образцы GaN после выращивания хранили в низком вакууме (~ 10–1 Торр) и обрабатывали парами HF для удаления возможного оксида перед измерениями ФЛ.

Измерение PL

Настройка измерений свойств PL показана в Дополнительном файле 1:Рисунок S1. Гелий-кадмиевый (He-Ca) лазер используется в качестве источника возбуждающего света для непрерывного излучения на длине волны 325 нм. Функция волокна заключалась в том, чтобы собирать фотонное излучение PL и подключаться к спектрометру изображения iHR 550, предназначенному для спектральных измерений. iHR 550 был автоматическим спектрометром с тремя решетками.

Входные и выходные щели в системе играли ключевую роль. В частности, чем они были шире, тем ниже было бы разрешение спектра ФЛ. Однако, если щели были слишком узкими, шумы могли значительно повлиять на сигналы. В этом измерении мы использовали решетку 1200 штрихов / мм и щель 0,2 мм с целью получения отличного разрешения. Фотоэлектронный умножитель представлял собой детектор с питанием (950 В). Чтобы позволить лазеру сфокусироваться на образце, при измерениях необходимо было использовать три дихроичных зеркала и две фокусные линзы. После концентрирования диаметр пятна составил около 0,3 мм, а плотность мощности достигла 21 Вт / см ² . на поверхности образца. Фотография экспериментальной установки представлена ​​в Дополнительном файле 1:Рисунок S2.

Наблюдение за морфологией

Морфологию нанопроволок GaN исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM; JEOL-6700F SEM).

Результаты и обсуждение

Реакция PL от GaN на концентрацию ионов в кислых и солевых растворах

Рисунок 1a, b иллюстрирует влияние значений pH в диапазоне от 1 до 7 при использовании кислых растворов и деионизированной воды на нанопроволоки GaN и пленки GaN. Они показывают, что интенсивность ФЛ при разных значениях pH имеет две замечательные тенденции для разных кислых растворов. В частности, интенсивность ФЛ нанопроволок GaN в соляной кислоте (HCl) значительно увеличивается при изменении pH от 7 до 1 и в фосфорной кислоте (H ₃ ЗП ₄ ) немного увеличивается, тогда как интенсивность резко уменьшается, когда нанопроволоки GaN состоят из азотной кислоты (HNO ₃ ) и уксусная кислота (CH ₃ COOH) со значениями pH, уменьшающимися с 7 до 1, как показано на рис. 1a. Аналогичным образом на рис. 1б представлены результаты изменения интенсивности ФЛ пленок GaN в этих кислых растворах. В ответе PL наблюдается уменьшение CH ₃ COOH от нейтрального к более низкому pH и плавное снижение или стабильная тенденция в остальных кислых растворах. Наиболее разительным отличием по сравнению с воздействием на нанопроволоки и толстые пленки GaN является то, что интенсивность фотолюминесценции нанопроволок GaN остается постоянно увеличивающейся или уменьшающейся, но интенсивность фотолюминесценции пленок GaN относительно стабильна, поскольку либо они снижаются, либо колебания остаются в определенных пределах. Обратите внимание, что концентрации ионов в кислых растворах различаются в соответствии со значениями pH. Испытания образцов в солевых растворах, для которых pH равен 7, но с разными концентрациями ионов, проводятся для проверки реакции на ионы при постоянном pH.

Распределение интенсивности ФЛ при разных значениях pH кислых растворов и растворов солей при разных концентрациях. He – Ca-лазер используется здесь и ниже в качестве источника возбуждающего света для непрерывного излучения на длине волны 325 нм. а Отклик ФЛ нанопроволок GaN диаметром от 60 до 80 нм в кислых растворах. б Отклик ФЛ пленок GaN толщиной ~ 300 мкм в кислых растворах. c Отклик ФЛ нанопроволок GaN в солевых растворах с разной концентрацией. г Отклик ФЛ пленок GaN в солевых растворах с разной концентрацией

Чтобы подтвердить тенденцию к концентрации ионов, мы исследовали влияние растворов солей с различными концентрациями на интенсивность ФЛ с точки зрения двух типов материалов:нанопроволок GaN и пленок GaN, как показано линейными графиками на рис. 1c, d. Интенсивность ФЛ нанопроволок GaN свидетельствует об устойчивом увеличении содержания ацетата калия (CH ₃ COOK) и нитрат калия (KNO ₃ ) вместе с повышением концентрации соли с 0,001 до 1 М. Напротив, в хлориде калия (KCl) она снижается с 0,001 до 0,01 М, но постепенно увеличивается с 0,01 до 1 М. В трикалийфосфате (K ₃ ЗП ₄ ) имеет значительный рост от 0,001 до 0,1 M, в то время как наклон уменьшается с 0,01 до 0,1 М. Интенсивность уменьшается, когда концентрация увеличивается до 1 М. Рассматривая рис. 1d для пленок GaN, все наклоны показывают тенденции к снижению четыре типа солей с увеличением концентрации соли, что отличается от таковой для нанопроволок GaN. Результаты согласуются с результатами в кислых растворах, где пленки GaN имеют тенденцию к снижению интенсивности ФЛ, но интенсивность может увеличиваться или уменьшаться с изменением pH. По мере увеличения концентрации ионов ФЛ нанопроволок увеличивается или уменьшается с наклоном в зависимости от химического вещества. Таким образом, ионные формы и концентрации играют решающую роль в PL.

Тенденции, вероятно, являются результатом комбинации двух факторов, влияющих на PL. Первый - это уменьшение обедненной области за счет ионного прилипания к поверхности. Второй - перенос электрона на окислительно-восстановительные уровни ионов. Чтобы понять две неидентичные тенденции интенсивности ФЛ в различных кислых растворах и растворах солей для нанопроволок GaN и пленок GaN, на рис.2 схематично показаны два механизма, с помощью которых концентрация ионов управляет интенсивностью ФЛ:(A) уменьшение области обеднения и ( Б) перенос заряда на окислительно-восстановительный уровень [31, 47].

Схематическое изображение влияния концентрации ионов на интенсивность фотолюминесценции. E это энергия. E _c , E _v , и ε _F - край зоны проводимости, край валентной зоны и уровень Ферми соответственно. а Область обеднения поверхности, вызванная захваченными электронами в поверхностных состояниях. б Область обеднения нейтрализована присоединением положительных ионов H ⁺ или K ⁺ . c Перенос электронов на окислительно-восстановительный уровень H ⁺

Из моделирования границы раздела полупроводника и раствора электролита [47] мы понимаем, что ионы распределяются только между раствором и поверхностью твердого тела, то есть есть заряженные слои как в GaN, так и в растворах. Затем был отрегулирован потенциал на границе раздела, что вызвало изгиб ленты. Фотокаталитическое расщепление воды из порошкообразного GaN под действием света является результатом зонной энергетической схемы GaN, в которой край зоны проводимости GaN расположен на 0,5 В выше, чем окислительно-восстановительный потенциал H + / H ₂ [30]. Нанопроволоки GaN проявляют лучшую фотокаталитическую активность из-за большой площади поверхности, которая усиливает фотокаталитическую активность в области кислого pH [38]. Из-за поверхностных состояний в запрещенной зоне электроны заполняют щелевое состояние, и уровень Ферми закрепляется там [34, 43, 48]. Изгиб ленты показан на рис. 2а. Возле поверхности есть обедненная область. Из-за сильного электрического поля в обедненной области фотогенерированные электроны и дырки будут двигаться в противоположных направлениях, и рекомбинация будет предотвращена. Когда в растворе присутствует высокая концентрация ионов, они могут прикрепляться к поверхности, чтобы нейтрализовать плотность поверхностного заряда, и истощение уменьшается. Такое присоединение и отрыв ионов изменяет распределение заряда в запрещенной зоне сенсоров pH [49]. Когда энергетическая зона становится почти плоской, электронно-дырочная рекомбинация восстанавливается и усиливается ФЛ, как также показано на рис. 2а.

Из-за большой площади поверхности нанопроволок механизм обедненной области более важен в нанопроволоках, чем в пленках. Фактически, небольшие нанопроволоки полностью истощены [34]. В механизме (B) ионы играют иную роль в влиянии на ФЛ, как показано на рис. 2b. Для нанопроволок GaN уровни окислительно-восстановительного потенциала H ⁺ и ОН ^- находятся в запрещенной зоне [36, 50,51,52]. Таким образом, фотогенерируемый носитель может перейти на окислительно-восстановительный уровень вместо рекомбинации. Например, реакция протонов с фотоносителями 2H ⁺ + 2e ^- → H ₂ может иметь место. Поскольку обедненная область занимает лишь небольшую часть пленок, где большая часть пленки не обеднена, механизм (A) относительно не важен. Следовательно, для пленок преобладает механизм переноса заряда. Обратите внимание, что по мере увеличения концентрации ионов для механизма (A) PL увеличивается, а для механизма (B) PL уменьшается. Для нанопроволок GaN PL определяется конкуренцией (A) и (B). Для пленок GaN ФЛ определяется (B) в основном из-за небольшой доли обедненной области от ее ограниченной поверхности. Это объясняет, почему нанопроволоки GaN имеют тенденцию к увеличению или уменьшению ФЛ с увеличением концентрации ионов, а пленки GaN имеют только уменьшающуюся или почти постоянную ФЛ.

Помимо условия решения, ориентация плоскости и полярность двух форм GaN различны. Пленки GaN имеют c-плоскость с полярностью Ga, но фронт роста нанопроволок является неполярной m-плоскостью. Площадь поверхности (боковая стенка) больше у нанопроволок, которые демонстрируют множество наборов кристаллографических плоскостей, если предположить, что поперечное сечение почти круглое. Полярность может частично способствовать pH-зависимой ФЛ нанопроволок и пленок GaN.

Влияние площади поверхности на реакцию PL

Что касается морфологии GaN, например, нанопроволоки и пленки, мы также исследовали ФЛ более крупных нанопроволок для сравнения. Диаметр таких нанопроволок составляет ~ 200 нм, в то время как типичные нанопроволоки составляют ~ 60–80 нм. На рисунке 3а показано, как HNO ₃ и HCl влияют на интенсивность ФЛ более крупных нанопроволок GaN при изменении pH от 7 до 1. Когда они погружены в HNO ₃ , Интенсивность ФЛ достигает максимума при pH =5,27. Напротив, он имеет заметный скачок интенсивности ФЛ при pH =5,27 HCl и неуклонно увеличивается при понижении pH. На рис. 3б мы сравниваем интенсивность фотолюминесценции трех типов образцов (нанопроволоки, пленки и более крупные нанопроволоки) в азотных и солянокислых растворах. Распределение интенсивности ФЛ нанопроволок типичных размеров и нанопроволок большего размера имеет нисходящую закономерность с понижением pH в HNO ₃ но вверх в HCl. Другими словами, нанопроволоки двух размеров одинаково влияют на отклик ФЛ в кислых растворах, и это следует механизмам, обсужденным на рис. 2. По-видимому, интенсивность ФЛ пленок GaN как в HCl, так и в HNO ₃ относительно стабильна, а в HCl примерно постоянна.

Сравнение интенсивности фотолюминесценции GaN разных размеров и размеров. а Распределение интенсивности ФЛ при различных значениях pH кислых растворов на более крупных нанопроволоках GaN диаметром ~ 200 нм. б Сравнение интенсивности ФЛ нанопроволок GaN, пленок GaN и более крупных нанопроволок GaN в HNO ₃ и HCl

Кроме того, интенсивность ФЛ нанопроволок GaN в галогеноводородных кислотах, например бромистоводородной кислоте (HBr), соляной кислоте (HCl) и иодоводородной кислоте (HI), постепенно колеблется с движением вверх при уменьшении значений pH с 7 до 1, как показано на Рис. 4.

Распределение интенсивности ФЛ нанопроволок GaN при изменении pH в трех галогеноводородных растворах

Обратимое взаимодействие

Чтобы оценить повторное использование для приложений, тесты были повторены с нанопроводами в растворах от нейтрального до низкого pH. Образцы обновляли деионизированной водой между каждым тестом, как отмечено значением pH 7 на фиг. 5. Интенсивность ФЛ снижалась, когда pH снижался, но она восстанавливалась после очистки образцов деионизированной водой. Такая обратимость интенсивности ФЛ при изменении pH нанопроволоки GaN в кислых растворах позволяет длительное время применять в кислых химических средах. Кроме того, пики ФЛ при погружении нанопроволок в кислые растворы и при удалении растворов сохраняются на уровне ~ 3.4 эВ (дополнительный файл 1:Рис. S1 – S4). Он подтвердил, что микроструктуры нанопроволок GaN не были повреждены во время обработки раствором.

Обратимость интенсивности ФЛ нанопроволок GaN в CH ₃ COOH и HNO ₃ с различными значениями pH

Влияние на качество кристаллов

На рис. 6 представлены детали спектров ФЛ при погружении нанопроволок GaN в четыре кислых раствора (рис. 6а) и солевые растворы (рис. 6б). Он показывает изменение интенсивности ФЛ в зависимости от значений pH или концентрации ионов, но основные пики все еще находятся на уровне ~ 3,4 эВ. Широкая прямая запрещенная зона в 3,4 эВ GaN [46, 53] сохраняется в этих кислых растворах, что свидетельствует о том, что он проявляет физическое взаимодействие, а не химические реакции. Тенденции изменения интенсивности в зависимости от значений pH показаны на рис. 1. Стабильный основной пик при ~ 3,4 эВ (рис. 6 и дополнительный файл 1:рис. S3 – S7) указывает на то, что микроструктура нанопроволок GaN сохраняется после погружения в кислотный раствор.

Спектры ФЛ при погружении нанопроволок GaN в растворы с разными pH или концентрациями. а Спектры ФЛ нанопроволок GaN в кислых растворах и b Спектры ФЛ нанопроволок GaN в солевых растворах

Обратите внимание, что поверхностный оксид может способствовать желтой люминесценции (YL), которая излучается из поверхностных состояний, связанных с оксидом галлия [54], который украшает свободную поверхность и, возможно, также границу раздела подложки и внутренние границы зерен. Из наших спектров ФЛ YL не имеет значения, что указывает на то, что оксид Ga был в основном удален паровой обработкой HF перед измерением. Кроме того, HCl может травить поверхностный оксидный слой, чтобы исключить вклад оксида в ФЛ.

Несмотря на кислоты, мы также исследовали влияние щелочного раствора, например, раствора гидроксида аммония (NH ₄ OH) на нанопроволоках GaN для сравнения через ФЛ-отклик. Пики фотолюминесценции выращенных нанопроволок GaN располагались при ~ 3,4 эВ, в то время как пики смещались при погружении их в NH ₄ . Раствор ОН. В спектрах ФЛ при pH =11,24 (рис. 7а) и 14,02 (рис. 7б) наблюдались красные сдвиги пиков до ~ 3,10 эВ. Сдвиг свидетельствует о деградации микроструктур GaN. Необратимая реакция (дополнительный файл 1:рис. S6) может быть вызвана химическими реакциями в структурах GaN, где нанопроволоки GaN были повреждены (рис. 7c, d). На поверхности нанопроволок GaN возникали структурные дефекты, которые могли изменять поверхностную плотность состояний и, следовательно, излучение ФЛ. После удаления таких растворов пики остались на уровне 3,10 эВ (дополнительный файл 1:рис. S6), что означает, что изменение было постоянным, а тесты были необратимыми в NH ₄ Раствор ОН. Для сравнения, морфология нанопроволок оставалась без видимого травления поверхности в кислых растворах, например HCl, как показано на рис. 7e, f.

Спектры ФЛ нанопроволок GaN в NH ₄ OH и соответствующие изображения SEM. а Сигналы, когда нанопроволоки находятся в NH ₄ ОН при pH =11,24. б Сигналы, когда нанопроволоки находятся в NH ₄ ОН при pH =14,02. c СЭМ-изображение выращенных нанопроволок GaN. г Нанопроволоки GaN после погружения в NH ₄ Раствор ОН на 20 мин. е СЭМ-изображение выращенных нанопроволок GaN. е Нанопроволоки после испытаний погружением их в кислый раствор HCl на 20 мин

Известно, что молекулы кислорода влияют на ФЛ органических молекул. ФЛ возникает в основном из-за спинового синглетного экситона. Синглетный экситон может быть преобразован в триплетный безэмиссионный экситон путем возбуждения молекул кислорода из спин-триплетного состояния в синглетно-возбужденное состояние [55, 56]. В GaN существует небольшая разница в энергии между синглетной и триплетной электронно-дырочной парой. Ожидается, что присутствие молекул кислорода не приведет к образованию безызлучательного канала распада и не повлияет на ФЛ. Во всех наших экспериментальных условиях в растворе присутствует насыщенный кислород. Таким образом, тенденция изменения ФЛ для различных концентраций ионов не связана с уровнем кислорода.

Заключение

Мы продемонстрировали стабильность и отклик на ФЛ от нанопроволок GaN, погруженных в различные виды кислых растворов при различных значениях pH, соответствующих разной концентрации ионов, а также в солевых растворах с фиксированным pH, но разными концентрациями. Отклик PL измеряли и коррелировали с концентрацией ионов. В обоих типах растворов отклики ФЛ нанопроволок GaN либо увеличивались, либо уменьшались. Для сравнения, отклики ФЛ от пленок GaN были относительно стабильными или немного уменьшались. Отклики фотолюминесценции отличались от нанопроволоки и пленки GaN из-за их различной зонной структуры. Рассмотрена конкуренция изменения изгиба поверхностных зон и переноса заряда до окислительно-восстановительного уровня в растворе, где нанопроволока может быть полностью истощена с ее больших площадей поверхности, но доля истощения была мала и пренебрежимо мала для пленок, где наблюдались лишь незначительные изменения интенсивности ФЛ. . Оказалось, что ФЛ реагирует на ионы, а не просто на значения pH, как реакцию интенсивности ФЛ в солевых растворах и HX ^- решения подтвердили результаты. Такое физическое взаимодействие не влияло на пики ФЛ в кислотах и ​​солях, тогда как наблюдалось красное смещение ФЛ, когда нанопроволоки находились в щелочном растворе, скажем, NH ₄ ОН из-за химического травления произошло на нанопроволоке. Мы показали, что PL имеет обратимое взаимодействие с этими кислотными и солевыми растворами. Стабильный и обратимый ФЛ-отклик нанопроволок GaN в этих кислых растворах дает возможность потенциального применения в таких жестких химических средах.

Доступность данных и материалов

Все данные, полученные или проанализированные в ходе этого исследования, включены в эту опубликованную статью.

Сокращения

PL:

Фотолюминесценция

HVPE:

Эпитаксия из паровой фазы гидрида

NH ₃ :

Аммиак

GaCl:

Хлорид галлия

He – Ca:

Гелий – кадмий

HCl:

Соляная кислота

H ₃ ЗП ₄ :

Фосфорная кислота

HNO ₃ :

Азотная кислота

CH ₃ COOH:

Уксусная кислота

CH ₃ ПРИГОТОВЛЕНИЕ:

Ацетат калия

KNO ₃ :

Нитрат калия

KCl:

Хлорид калия

K ₃ ЗП ₄ :

Фосфат калия

HBr:

Бромистоводородная кислота

HI:

Иодоводородная кислота

YL:

Желтое свечение

NH ₄ ОН:

Раствор гидроксида аммония