Luận văn nghiên cứu đặc tính quang, quang điện vật liệu Si/Gr-CNT - ĐH Khoa học Thái Nguyên

Luận văn nghiên cứu chế tạo và khảo sát đặc tính quang, quang điện của vật liệu tổ hợp Si/Gr-CNT bằng phương pháp plasma dung dịch tại Đại học Thái Nguyên.

• Tác giả: Phí Thị Trâm
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Văn Hảo
• Trường học: Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Quang học
• Đề tài: Chế tạo và nghiên cứu các đặc tính quang, quang điện của vật liệu tổ hợp Si/Gr-CNT bằng phương pháp plasma dung dịch
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan nghiên cứu đặc tính quang điện Si Gr CNT ĐH Thái Nguyên

Nghiên cứu vật liệu nano lai tạo mở ra bước đột phá cho ngành quang điện tử hiện đại. Đề tài tại Đại học Thái Nguyên tập trung khảo sát cấu trúc tổ hợp giữa hạt nano silicon (SiNPs) và hệ lai graphene - carbon nanotube (Gr-CNT). Silic là vật liệu bán dẫn truyền thống then chốt. Cấu trúc nano silic thể hiện hiệu ứng giam giữ lượng tử đặc sắc. Mạng lưới graphene sở hữu độ linh động điện tử cực cao. Ống nano carbon cung cấp kênh dẫn truyền điện tích một chiều liên tục. Sự kết hợp ba thành phần này tạo nên một hệ dị hợp toàn carbon liên kết chặt chẽ với pha bán dẫn vô cơ. Nghiên cứu giải quyết bài toán tăng cường khả năng hấp thụ photon và nâng cao tốc độ truyền hạt tải. Các phép đo cấu trúc và quang phổ khẳng định tính tương thích cao giữa các pha vật liệu. Công trình mang giá trị khoa học vững chắc. Nghiên cứu tạo tiền đề chế tạo các linh kiện quang điện tử hiệu năng cao với chi phí tối ưu.

1.1. Đặc trưng cấu trúc hạt nano Si trong hệ tổ hợp

Hạt nano silic đóng vai trò là tâm hấp thụ photon chính trong cấu trúc lai. Hiệu ứng kích thước lượng tử làm mở rộng vùng cấm của hạt Si. Quá trình này giúp tăng cường độ phát quang và khả năng bắt ánh sáng khả kiến. Kích thước hạt phân bố đồng đều ngăn ngừa hiện tượng tích tụ pha gây suy giảm quang thông. Liên kết bề mặt giữa hạt Si và màng carbon duy trì trạng thái phân tán ổn định. Cấu trúc tinh thể hạt silic giữ nguyên sau khi tổ hợp vào mạng carbon. Bề mặt hạt hình thành liên kết hóa học bền vững. Cấu trúc này hỗ trợ chuyển giao điện tích tức thì sang giá đỡ dẫn điện.

1.2. Vai trò mạng lai hóa Gr CNT trong dẫn truyền điện tích

Mạng graphene hai chiều cung cấp diện tích tiếp xúc bề mặt cực lớn. Ống nano carbon đan xen giữa các phiến graphene ngăn ngừa hiện tượng tái kết tụ. Cấu trúc lai sp2 này tạo ra mạng dẫn điện ba chiều thông suốt. Tiếp giáp giữa graphene và CNT kim loại hình thành kênh truyền điện tích ohmic lý tưởng. Đồng thời, rào cản Schottky xuất hiện tại tiếp xúc bán dẫn định hướng dòng hạt tải quang sinh. Tốc độ di chuyển của electron tăng vọt nhờ điện trở nội thấp. Mạng lưới carbon bảo vệ hạt silic khỏi hiện tượng quang oxy hóa. Hệ tổ hợp duy trì độ dẫn điện vượt trội trong môi trường chiếu sáng liên tục.

II. Phân tích thách thức quang điện vật liệu Si Gr CNT ĐH Thái Nguyên

Các cảm biến quang dựa trên ống nano đơn lẻ thường gặp nhiều hạn chế kỹ thuật. Độ đáp ứng quang của màng SWCNT hoặc MWCNT đơn thuần thường rất thấp, dưới 10^-3 A/W. Thời gian hồi đáp của vật liệu đơn lẻ chậm chạp. Năng lượng liên kết exciton kích thích quang trong CNT riêng lẻ rất lớn. Mức năng lượng này vượt qua năng lượng nhiệt tại nhiệt độ phòng. Các cặp electron - lỗ trống khó tự phân tách thành dòng điện. Hiện tượng tái hợp hạt tải xảy ra nhanh chóng khiến hiệu suất lượng tử suy giảm nặng nề. Đối với hạt nano silic độc lập, hiện tượng oxy hóa bề mặt làm giảm độ nhạy quang điện theo thời gian. Sự tiếp xúc giữa hạt vô cơ và điện cực kim loại thường tạo điện trở tiếp xúc cao. Dòng tối trong linh kiện tăng cao gây nhiễu tín hiệu quang. Những rào cản vật lý này làm cản trở việc ứng dụng màng đơn lẻ vào cảm biến hiện đại. Vấn đề đặt ra là phải thiết lập cấu trúc dị hợp phân tách hạt tải tức thời.

2.1. Hiện tượng tái hợp exciton cản trở hiệu suất quang

Các ống nano carbon riêng biệt tồn tại lực liên kết Coulomb rất mạnh giữa electron và lỗ trống. Khi ánh sáng kích thích, exciton sinh ra nhưng không tự phân rã tự do. Quá trình tái hợp nội tại diễn ra chỉ trong vài pico giây. Thời gian sống ngắn ngủi của hạt tải làm mất mát phần lớn năng lượng hấp thụ. Dòng quang điện thu được tại điện cực giảm sút nghiêm trọng. Đối với hạt Si riêng biệt, các bẫy khuyết tật bề mặt thúc đẩy tái hợp không phát xạ. Điều này làm nghẽn quá trình truyền dẫn điện tích ra mạch ngoài. Sự suy giảm này đòi hỏi cơ chế tách pha tức thời qua tiếp giáp nano.

2.2. Nhược điểm của các phương pháp chế tạo truyền thống

Các kỹ thuật lắng đọng xung laser và nghiền bi đòi hỏi năng lượng tiêu hao cực lớn. Thiết bị chân không vận hành phức tạp và tốn kém chi phí. Phương pháp hóa học ướt thường sử dụng dung môi độc hại và chất khử mạnh. Dư lượng hóa chất tạo màng oxit cách điện không mong muốn trên bề mặt vật liệu. Màng oxit này cản trở chuyển dịch điện tích giữa Si và graphene. Phương pháp nghiền cơ học dễ gây phá hủy mạng tinh thể graphene và bẻ gãy CNT. Khuyết tật mạng carbon làm giảm độ linh động của hạt dẫn điện. Các phương pháp cũ thiếu khả năng kiểm soát kích thước hạt nano đồng nhất.

III. Phương pháp plasma dung dịch tổng hợp Si Gr CNT ở ĐH Thái Nguyên

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Thái Nguyên ứng dụng phương pháp plasma dung dịch để chế tạo tổ hợp Si/Gr-CNT. Đây là giải pháp công nghệ xanh và hiệu quả cao. Tia plasma phát sinh trực tiếp trong chất lỏng dưới điện áp cao tần. Quá trình phóng điện kích thích các gốc tự do phản ứng mạnh ở nhiệt độ phòng. Hạt nano silic được phân tán đồng đều và gắn kết chặt chẽ lên bề mặt Gr-CNT mà không cần chất hoạt động bề mặt. Phương pháp này loại bỏ hoàn toàn các tạp chất hữu cơ gây hại. Liên kết tiếp xúc giữa Si và mạng carbon đạt độ tinh khiết tối đa. Đặc tính quang được phân tích chuẩn xác thông qua hệ phổ FTIR-Jasco 4600. Đặc tính điện và quang điện được đo đạc bằng hệ phân tích tham số bán dẫn Keithley Model 4200-SMU. Thiết bị đo kiểm soát dòng ở cấp độ pico-ampe và quét điện áp phụ thuộc cực cổng (Vds - Id). Kết quả thực nghiệm minh chứng tính đồng nhất và độ tin cậy vượt bậc của quy trình chế tạo.

3.1. Kỹ thuật plasma dung dịch gắn kết dị hợp nano

Công nghệ plasma dung dịch sử dụng cặp điện cực chìm trong môi trường phân tán lỏng. Nguồn xung điện tạo ra vi bọt khí chứa plasma lạnh với mật độ năng lượng cao. Môi trường phản ứng kích hoạt quá trình gắn kết hạt SiNPs lên khung Gr-CNT. Nhiệt độ tổng thể của dung dịch vẫn duy trì ở mức bình thường. Điều này ngăn ngừa biến tính nhiệt cấu trúc carbon nano. Thời gian xử lý diễn ra nhanh chóng và tiết kiệm năng lượng. Các liên kết hóa học hình thành trực tiếp tại bề mặt tiếp xúc mà không cần tiền chất độc hại. Vật liệu thu được có độ sạch cao và độ đồng tán ổn định lâu dài.

3.2. Đo kiểm FTIR và đặc tính điện Keithley Model 4200

Hệ đo quang phổ FTIR-Jasco 4600 sử dụng giao thoa kế phân tách chùm tia hồng ngoại. Kỹ thuật toán học biến đổi Fourier cung cấp dữ liệu chính xác về nhóm chức và liên kết hóa học. Kết quả phân tích khẳng định sự tạo thành liên kết Si-C bền vững. Hệ đo Keithley Model 4200-SCS tích hợp các bộ SMU hiện đại. Hệ thống kiểm soát nguồn phát và đo đồng thời dòng áp với độ phân giải cấp pico-ampe. Cực cổng (G) và cực máng (D) kết nối tương ứng qua SMU1 và SMU2. Phần mềm KITE thu thập họ đường cong I-V và Vds - Id chuẩn xác. Thiết bị phát hiện tức thì biến thiên dòng điện dưới bức xạ quang.

IV. Đánh giá ứng dụng quang điện của vật liệu Si Gr CNT ĐH Thái Nguyên

Vật liệu tổ hợp Si/Gr-CNT chế tạo tại Đại học Thái Nguyên chứng minh bước tiến vượt bậc trong nghiên cứu vật liệu quang điện. Cấu trúc lai sp2 của carbon kết hợp pha bán dẫn Si tạo ra cơ chế truyền tải hạt dẫn tối ưu. Độ nhạy quang của vật liệu tăng gấp nhiều lần so với các màng đơn lẻ. Tiếp giáp Schottky phân tách nhanh chóng các cặp exciton quang sinh. Điện trở tiếp xúc giảm sâu giúp dòng quang điện tăng vọt trong khi dòng tối được kiểm soát ở mức cực thấp. Vật liệu thể hiện độ bền cơ học cao và khả năng chống suy thoái môi trường xuất sắc. Kết quả mở ra tiềm năng sản xuất các linh kiện quang điện tử tích hợp trên chip. Ứng dụng tiêu biểu gồm bộ tách sóng quang tốc độ cao, pin mặt trời thế hệ mới và diode phát quang hiệu suất cao. Nghiên cứu khẳng định năng lực tự chủ công nghệ chế tạo vật liệu nano tiên tiến. Hướng phát triển này đem lại giá trị ứng dụng to lớn trong công nghiệp vi điện tử.

4.1. Ứng dụng trong bộ cảm biến quang độ nhạy cao

Vật liệu tổ hợp Si/Gr-CNT là ứng viên lý tưởng cho thế hệ cảm biến ánh sáng mới. Cấu trúc hybrid mang lại độ đáp ứng quang vượt trội so với mức 10^-3 A/W của màng ống nano truyền thống. Thời gian kích phát và phục hồi tín hiệu diễn ra trong dải micro-giây. Dải phổ bắt photon mở rộng từ vùng tử ngoại đến cận hồng ngoại. Khả năng phát hiện bức xạ yếu giúp thiết bị hoạt động chính xác trong môi trường thiếu sáng. Cảm biến hoạt động ổn định ở nhiệt độ phòng mà không cần hệ thống làm mát bổ trợ. Kích thước nhỏ gọn tạo thuận lợi cho việc tích hợp vào các hệ thống quang điện tử vi mô.

4.2. Tiềm năng tích hợp linh kiện quang điện tử trên chip

Sự tương thích cấu trúc giữa graphene và CNT mở đường cho chế tạo linh kiện toàn carbon trên chip silicon. Quy trình tạo màng mỏng cho phép tích hợp trực tiếp lên các bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET). Kênh dẫn Si/Gr-CNT tăng cường khả năng điều khiển dòng điện thông qua điện áp cổng Vg. Tốc độ chuyển mạch linh kiện tăng đáng kể nhờ giảm thiểu điện dung ký sinh. Chi phí sản xuất thấp từ phương pháp plasma dung dịch tạo lợi thế thương mại hóa rõ rệt. Công nghệ này đáp ứng yêu cầu thu nhỏ kích thước của mạch tích hợp quang tử tương lai. Vật liệu hứa hẹn nâng tầm năng lực công nghệ bán dẫn quốc gia.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I. Hạt nano Silic (SiNPs) 1. Tổng quan về hạt nano Silic Tinh thể silic (Si) được coi là vật liệu có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị mới như bóng bán dẫn điện tử đơn, bóng bán dẫn hiệu ứng thẳng đứng và thiết bị nhớ cổng trôi [1-3]. Tinh thể silic cũng được quan tâm ứng dụng trong chiếu sáng trạng thái rắn.

Trong khi silic khối không phát quang do có khe hổng năng lượng gián tiếp, tinh thể silic đã được chứng minh là phát quang mạnh ngay cả ở nhiệt độ phòng. Các tính chất quang và điện tử có thể điều chỉnh theo kích thước của các hạt nano silic (SiNPs), kết hợp với cơ sở hạ tầng công nghệ silic hiện có trong ngành bán dẫn và tính độc hại thấp của nguyên tố này so với nhiều loại bán dẫn II-IV và III-V, làm cho tinh thể silic trở thành ứng cử viên thú vị cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm đèn phát quang (LED) [4], laser chấm lượng tử [5], cảm biến hóa học [6]. Nghiên cứu chuyên sâu cũng tập trung vào việc phát triển các nguồn ánh sáng trạng thái rắn dựa trên tinh thể nano silic có thể thay thế các nguồn ánh sáng không hiệu quả về năng lượng trong dài hạn như bóng đèn sợi đốt (hiệu suất ~ 7%) hoặc đèn huỳnh quang (hiệu suất ~ 25%).2 Tính chất của hạt nano silic 1.1 Tính chất quang Phát xạ và hấp thụ quang học là quá trình chuyển đổi giữa các trạng thái có mức năng lượng khác nhau; đặc biệt ở một số chất bán dẫn và kim loại có những thay đổi lớn về tính chất quang học liên quan đến kích thước hạt ví dụ như màu sắc như một hàm của kích thước hạt. Ví dụ, các dung dịch keo hạt SiNPs có màu trong suốt nhưng trở thành màu xám đậm khi kích thước hạt tăng lên [7].

Thông thường, đo cường độ hấp thụ hoặc truyền qua, các tính chất quang học của hạt SiNPs được đặc trưng bằng phổ hấp thụ UV-vis. Ví dụ, sự 5 dịch chuyển xanh lớn trong phổ hấp thụ của hạt SiNPs tương ứng với hiệu ứng giới hạn lượng tử trên hạt SiNPs [7]. Tuy nhiên, do hiệu ứng giới hạn lượng tử, sự dịch chuyển đỏ trong phổ hấp thụ của hạt SiNPs xảy ra khi kích thước hạt tăng lên. Việc quan sát sự hấp thụ quang học phụ thuộc vào kích thước là đặc điểm của giới hạn lượng tử [8].

Ngoài ra, các khuyết tật bề mặt của các hạt nano cũng đóng vai trò quan trọng trong phổ hấp thụ của hạt SiNPs. Bên cạnh đó, sự dịch chuyển của phổ hấp thụ hạt SiNPs có thể được hình thành từ quá trình oxy hóa bề mặt SiNPs do lớp phủ bề mặt không hoàn chỉnh hoặc hoàn chỉnh. Đối với hạt SiNPs được phủ polymer, hiệu ứng phụ thuộc vào độ dày của lớp phủ polymer.2 Tính chất điện Các đặc tính điện của SiNPs bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, bao gồm kích thước, hình dạng, hóa học bề mặt và việc pha tạp. SiNPs kích thước nhỏ hơn có độ rộng vùng cấm lớn hơn so với hạt SiNPs kích thước lớn nên SiNPs kích thước nhỏ hơn phù hợp hơn cho các ứng dụng như phát sáng và phát hiện ánh sáng.

Điều này là bởi vì hiệu ứng giam giữ lượng tử làm giảm mức năng lượng của điện tử và lỗ trống trong hạt SiNPs, nghĩa là chúng cần nhiều năng lượng hơn để kích thích electron từ vùng hóa trị lên vùng dẫn. Ngoài ra, đặc tính hóa học bề mặt của SiNPs cũng đóng một vai trò quan trọng làm thay đổi các tính chất điện của chúng. Ví dụ, SiNPs có lớp oxit tự nhiên có độ dẫn điện thấp hơn SiNPs có bề mặt được thụ động hóa vì lớp oxit tạo ra một rào cản đối với quá trình vận chuyển electron. Thêm vào đó, tính chất điện của SiNPs có thể được điều chỉnh bằng cách bổ sung tạp chất.

Ví dụ, việc bổ sung phốt pho (P) sẽ làm tăng số lượng electron tự do trong SiNPs, do đó làm tăng độ dẫn điện của chúng. Ngược lại, việc bổ sung boron (B) sẽ làm giảm số lượng electron tự do trong SiNPs, do đó làm giảm độ dẫn điện của chúng.3 Tính chất cơ Kích thước nano của vật liệu ảnh hưởng đến các tính chất cơ học như độ cứng, mô đun đàn hồi, độ bền gãy, khả năng chống trầy xước, độ bền mỏi và độ cứng. Ở cấp độ nano, cấu trúc của các thành phần bị ảnh hưởng bởi sự tiêu tán năng lượng, sự ghép nối cơ học giữa các mảng thành phần và các đặc tính phi tuyến cơ học. Ngoài ra, tính chất cơ học của vật liệu ở cấp độ nano luôn khác với vật liệu ở cấp độ vĩ mô.

Mặc dù các quy luật cơ học liên tục được áp dụng, nhưng các hiệu ứng bề mặt có thể kiểm soát được sự biến đổi các đặc tính cơ học khi kích thước của vật liệu vượt quá phạm vi 10 nm. Trong khi đó, đối với các cấu trúc kích thước micrômet, năng lượng biến dạng đàn hồi được sử dụng để kiểm soát các đặc tính cơ học. Ở cấp độ nano, các hiệu ứng bề mặt trở nên chiếm ưu thế và sửa đổi đáng kể các đặc tính vĩ mô do tỷ lệ diện tích trên thể tích tăng lên [9]. Độ bền kéo của SiNPs, khoảng 24 GPa, cao hơn độ bền kéo của Si khối, khoảng 12 GPa.

Điều này là do các vị trí sai lệch trong các hạt có thể tích nhỏ hiện tại bị nén. Ngoài ra, SiNPs có độ bền tối đa và độ cứng cao hơn Si khối [10]. Hơn nữa, mô đun Young của SiNPs cao hơn đáng kể so với Si khối do cấu trúc khác nhau của các hạt ở kích thước nano so với Si dạng khối [11]. Tuy nhiên, khi thể tích của hạt giảm, độ bền tối đa của các hạt nhỏ hơn bị giảm đáng kể.

Điều này là do số lượng vị trí sai lệch trong các hạt nhỏ hơn lớn hơn và các vị trí sai lệch hoạt động như các bộ tập trung ứng suất, dẫn đến sự hỏng hóc của các hạt. Các phương pháp chế tạo hạt SiNPs 1.1 Phương pháp vật lý 1.1 Tổng hợp SiNPs bằng phương pháp lắng đọng xung laser Dựa trên các kết quả đạt được qua việc sử dụng phương pháp hóa hơi laser xung của kim loại khối bên trong một vòi phun siêu âm xung để tạo ra các cụm kim loại trần siêu lạnh của đồng (Cu2) [12] và thậm chí là molypden có 7 nhiệt độ nóng chảy cao (Mo2), [13] hiện nay phương pháp PLA, chủ yếu sử dụng xung laser femto giây hoặc nano giây để chiếu xạ vào tấm vật liệu đích, đã được sử dụng rộng rãi để chế tạo các NP bán dẫn đặc biệt là Si. Trong phương pháp này, các tham số như áp suất khí, tần số phát xung, độ dài xung và năng lượng là các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt và hiệu suất hình thành hạt SiNPs [14-16] (Hình 1.1 (a) Sơ đồ hệ thống chế tạo các hạt Si kích thước nm sử dụng phương pháp lắng đọng xung laser ArF trong khí trơ áp suất không đổi. (b) Đường kính trung bình của tinh thể Si là hàm của áp suất xung quanh khí He.

Đường liền nét thể hiện sự hồi quy của kết quả thử nghiệm. Đường đứt nét biểu thị kết theo mô hình chất lỏng quán tính; (c) Phổ Raman của các mẫu được chế tạo ở 10 Pa của Ar (d) Kích thước trung bình của các hạt nano trong màng so với tần số xung.2 Tổng hợp SiNPs bằng phương pháp nghiền bi Theo cách này, Lam và cộng sự [17] đã sản xuất SiNPs với kích thước khoảng 5 nm bằng cách nghiền cơ học tinh khiết của graphite rắn (C) với silic oxit (SiO2) trong máy nghiền bi hành tinh trong 7 - 10 ngày sau đó ủ ở 150 oC. Các SiNPs thu được được phủ một lớp silic oxit vô định hình có độ dày khoảng 1 nm và có quang phổ PL nhiều đỉnh, do phạm vi kích thước hạt rộng. Bên cạnh phân bố kích thước rộng, sự kết tụ cũng là một vấn đề nghiêm trọng vì nó dẫn đến hình dạng phức tạp và thô.

Do những hạn chế này, hiện nay nó ít được sử dụng so với các phương pháp tổng hợp vật lý khác mặc dù nó thuận tiện và rẻ tiền và có thể chế tạo ở quy mô lớn.2 Tổng hợp SiNPs bằng phương pháp hóa lý Phương pháp lý hóa tiêu biểu nhất là tổng hợp aerosol quang nhiệt, đặc biệt là phân hủy nguồn tiền chất pha khí sử dụng năng lượng của nguồn laser. Nhìn chung, sự phân ly do laser gây ra của các nguồn tiền chất chứa Si được cấu thành từ ba bước. Đầu tiên, bột silicon được tổng hợp bằng cách nung silane bằng nguồn laser khí CO2 kèm theo bổ sung hydro và một chất nhạy cảm với ánh sáng (ví dụ như lưu huỳnh hexafluoride) đến một mức độ mà nó có thể được phân ly hiệu quả. Kích thước của bột silicon thu được dao động từ 5 nm đến 10 nm [18] hoặc thậm chí lớn hơn 10 nm [19].

Do đó, cần phải có xử lý sau quá trình chế tạo để lựa chọn kích thước và giảm kích thước hạt. Không giống như việc sử dụng phương pháp vật lý dẫn đến sản lượng sản phẩm thấp, theo cách này, có thể sản xuất các lượng Si QD quy mô gam [19] có đặc điểm là không kết tụ, kích thước hạt được kiểm soát tốt và được lắng đọng trên bất kỳ loại đế hoặc môi trường lỏng mong muốn nào. Ví dụ, Huisken và cộng sự [19] đã thực hiện việc phun hạt SiNPs thông qua một vòi phun vào một thiết bị chân không cao và sau đó lắng đọng một chùm phân tử các cụm Si lên một đế phù hợp.3 Tổng hợp SiNPs bằng phương pháp hóa học Phương pháp tổng hợp SiNPs trong pha dung dịch ban đầu được thực hiện bởi Heath [20]. Các halogen silic được sử dụng làm nguồn vật liệu ban đầu.

Sự khử các halogen silic bằng các chất khử khác nhau (ví dụ như natri naphthalenide [21], lithium naphthalenide [22], lithium-aluminium hydride [23, 24] hoặc muối zintl [25]) trong nhiều loại dung môi chứa chất hoạt động bề mặt có thể dẫn đến các SiNPs kích thước nhỏ, độc lập, và các SiNPs thu được thường được gắn các nguyên tử hydro trên bề mặt. Gần đây, bằng cách sử dụng allyltrichlorosilane làm cả chất hoạt động bề mặt và chất phản ứng chức năng và silicon tetrachloride theo tỷ lệ 1:3, các nhà nghiên cứu đã tìm ra một phương pháp đơn giản để tổng hợp các tinh thể nano silicon hình lục giác được kiểm soát về hình thái và được chức năng hóa bằng bằng nhóm alkyl trong phạm vi kích thước 20 – 50 nm.