掺杂和合金化的锗纳米晶体（Ge NCs）是光伏和近红外探测器等各种应用的潜在候选材料。最近的研究发现，铋（Bi）作为n型第15族元素，尽管在热力学上不溶于体相晶体锗，但可通过微波辅助溶液合成法成功地将其掺入了Ge NCs中。近日，加州大学戴维斯分校Susan M. Kauzlarich，加州大学圣克鲁斯分校Sue A. Carter，Frank Bridges等研究了另一种更常见的半导体n型第15族元素锑（Sb）对Ge NCs的掺杂。

本文要点：

1）作者通过GeI₂与SbI₃的微波辅助溶液反应合成了油胺（OAm）和OAm/三辛基膦（TOP）封端的Sb掺杂的Ge NCs。

2）与单独的OAm相比，用OAm/TOP的二元配体系统钝化Ge表面会形成更大的NCs。作者通过³¹P NMR和SEM-EDS证实了TOP在Ge表面的配位。

3）Ge NCs的晶格参数随Sb浓度（0.00–2.0 mol％）的增加而增加，这与Sb的掺入一致。TEM显示，随着反应中SbI₃含量的增加，NCs直径增加。

4）作者通过XPS和EDS证实了在用肼去除表面配体之前和之后的Sb的存在，并用十二烷硫醇（DDT）重新封端Ge NCs表面。EXAFS分析表明，Sb驻留在NCs内高畸变的位点上，靠近Ge空位以及微晶表面。

5）与EXAFS数据一致，原始Ge NCs和掺Sb的Ge NCs制备的薄膜的光热偏转光谱（PDS）具有高的Urbach能量，表明存在无序。

6）TiO₂-NC电子和仅空穴器件的电学测量发现空穴传导增加，这表明Ge NCs中Sb空位缺陷表现为p型掺杂，这与从EXAFS结果得出的空位模型一致 。

Katayoon Tabatabaei, et al. Structural Insights on Microwave-Synthesized Antimony-Doped Germanium Nanocrystals. ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.0c09352

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c09352