Surface Morphology Investigation during In-situ CdS Nanoparticles Growth in Hybrid P3HT:SA Films via Gas Exposure Technique

Abstract

Унікальні фізичні властивості наночастинок неорганічних напівпровідників груп II-VI, включаючи їхню високу площу поверхні та нанорозмір, привернули значний дослідницький інтерес. У процесі інтегрування наночастинок з органічними напівпровідниковими матеріалами, вони утворюють багатофункціональні матеріали з перевагами для використання в електронних пристроях. При проведенні даного дослідження були підготовлені органічні/неорганічні тонкі плівки шляхом нанесення іонів P3HT, стеаринової кислоти (SA) та Cd2+ на кремнієві підкладки за новою технікою кутового осадження (ALD). Потім плівки піддавали впливу газу H2S протягом 2, 4, 6 і 15 годин для утворення зародків наночастинок CdS в матрицях P3HT:SA. Для характеристики гібридних органічних/неорганічних тонких плівок використовували автоелектронну скануючу мікроскопію (FESEM) і енергодисперсійне рентгенівське випромінювання (EDX). Як морфологічне, так і елементне дослідження продемонстрували існування наночастинок CdS. Оптимізований час впливу газу для гібридного полімеру P3HT:SA:CdS становив 6 год. Проведене дослідження означає, що методи ALD і впливу газу практичні для виготовлення гібридних органічних/неорганічних нанокомпозитних тонких плівок при кімнатній температурі.

The unique physical features of group II-VI inorganic semiconductor nanoparticles, including their high surface area and nanoscale size, have attracted significant study interest. When these nanoparticles are integrated with organic semiconductor materials, they form multifunctional materials with advantageous features for usage in electronic devices. This study prepared organic/inorganic thin films by depositing P3HT, stearic acid (SA), and Cd2+ ions onto silicon substrates by a novel Angle Lifting Deposition (ALD) technique. The films were then exposed to H2S gas for 2, 4, 6, and 15 h to nucleate CdS nanoparticles within the P3HT:SA matrices. Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) and Energy Dispersive X-ray (EDX) were used to characterize the hybrid organic/inorganic thin films. Both morphological and elemental studies demonstrated the existence of CdS nanoparticles. The optimized gas exposure time for hybrid polymer P3HT:SA:CdS was 6 h. This study implies that ALD and gas exposure techniques are practical for fabricating hybrid organic/inorganic nanocomposite thin films at room temperature.