Solvent and pressure effects on the photoluminescence in porous Si

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Abstract
The photoluminescence band in porous Si is found to shift monotonically toward lower energy at a rate of −(18±5) meV/GPa if a hydrostatic pressure of up to 5 GPa is applied with liquid argon, in contrast to a convex behavior of the shift observed when a methanol–ethanol mixture is used as the pressure-transmitting medium. The data show that the electronic energy gap relevant to the luminescence is intrinsically reduced by the hydrostatic compression but has a distinct solvatochromic character.世界的な論争の的となっているポーラスシリコンのレーザ・フォトルミネッセンスの起因について明解な知見を得るために、圧力効果に対する水、ベンゼン、メタノールおよびエタノールの吸着または浸潤の影響を、化学不活性な液化アルゴンと比較して実験的に調査した。液化アルゴンを浸潤させてもスペクトルは乾燥大気中と変わらず、さらに、5 GPaまで加圧すると–(18±5) meV/GPa の係数で単調に低エネルギー側にシフトしていくが、水や有機分子を吸着または浸潤させると、分子の電気双極子モーメントに依存してルミネッセンス特性が多様に変化することが見出された。このような顕著なソルバトクロミズムより、フォトルミネッセンスはシリコンの多孔質構造における微細孔内壁表面部分のアモルファス組織から生じていることが強く示唆された