The discovery of strong visible photoluminescence (PL) in porous silicon (Si) has kindled a broad range of experimental and theoretical investigations into the luminescence mechanism. In spite of the vast research efforts, however, there yet remain unresolved problems in porous silicon. In this work, using a series of porous Si samples, we have characterized their optical and electrical properties by measuring PL, Raman, dark and photoconductivity, and photoinduced current transient spectroscopy (PICTS). It is found that visible PL peaks shift to higher energies and confined phonon spectra appear with increasing porosity of these materials, as supported by the quantum confinement of carriers and phonons in nano-sized porous Si crystallites.
To be more specific about the influence of porosity, we have also investigated the transport mechanism of charge carriers by the combined measurements of dark and photoconductivity of free-standing porous Si. In a sample of porosity ~40%, prepared on p-type c-Si, we have found a persistent photoconductivity (PPC) which was thermally annealed at about 290 K. The relaxation of PPC shows a temperature dependence where the activation energies of the relaxation are found to be 70 ~ 100 meV. Further, it is of interesting to note, at least in this work, that the PPC was not noticeable in porous Si which was prepared on n-type c-Si. Because a metastable defect is expected to cause the PPC, we have carried out PICTS measurement and found a direct evidence of deep level defects near 0.5 eV below the conduction band only in the sample prepared on p-type c-Si. Photovoltage measurements show that these defects are electron trapping centers.
By using an electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy, we have identified the presence of $P_b$-like Si dangling bonds on the surface of as-prepared porous Si cystallites. In order to examine if these Si dangling bonds are involved in the creation of PPC, we have performed photo-EPR experiments. Noticeable changes in EPR spectra of these defects are not found before and after light illumination at low temperatures, even though where the PPC still exists. Combining these two results of EPR and PICTS, we propose that the defects causing PPC are not the surface Si dangling bonds identified by EPR technique but instead a specific defect located somewhere in the interior of Si nanocrystallites. We suspect that these defects are associated with boron atoms displaced to the energetically more favorable position in porous Si.
Further works on these defects by PICTS and conductivity measurements reveal that the effective depth of the defect becomes deep as the porosity increases. The thermal emission barrier increases from 0.71 to 0.86 eV as the porosity increases from 30 to 75%. The effective depths of these defects are more deep than those reported in other literature. Also the thermal ionization energies increase with increasing porosity, but their differences between thermal emission and ionization energies are decreased with increasing porosity. Based on these results, we suggest a configuration coordinate diagram where two effects, i.e., band gap widening induced by the quantum size effects and lattice relaxation around defects, are taken into account. A reasonable explanation can be drawn.
Adenylate kinase (E.C 2.7.4.3 : AK)는 아데닌 뉴클레오티드 대사의 항상성을 유지하는데 중요한 역할을 하는 효소로서 척추동물에는 세 가지 형태의 동위효소 즉, AK1, AK2, AK3가 존재하며, 이들을 코딩하는 각각의 유전자들이 알려져 있다. 사람의 경우 AK2 유전자는 아직까지 보고되지 않았다.
본 연구에서는 사람의 태아 간 조직으로 제조한 cDNA 라이브러리에서 adenylate kinase 2A(AK2A)와 2B(AK2B)를 코딩하는 새로운 cDNA 클론을 분리하였다. 이들 cDNA 클론들(길이 931bp와 2135bp)은 각각 232개(분자량 25.6kD) 및 239개 (분자량 25.6kD)의 아미노산 잔기들로 구성된 단백질을 예측하는 ORF를 포함하고 있으며, 예측되는 단백질 AK2A와 AK2B는 소의 AK2A, AK2B 및 쥐의 AK2의 아미노산 서열과 95-98% 유사성을 보였다. 특히 소의 AK2A와 AK2B서열과 비교해 보면, 두 동위 효소에서 보이는 서열상의 특성이 인체에서도 완벽하게 재현됨을 알 수 있었다. Northern 분석에 의하면 4.3, 3.4, 2.1, 1.0 kb의 크기를 가진 4가지 종류의 mRNA가 존재하였으며,이들 중 1.0 kb는 AK2A였고 나머지는 AK2B와 관련된 전사체였다. 이로써 사람 AK2 유전자의 발현에도 alternative splicing 과정이 존재함을 추측할 수 있었다.
사람 조직에서 AK2 전사체의 분포를 알아보기 위하여 여러 가지 조직에서 분리한 polyA(+) RNA를 분석해 본 결과, 소의 경우와는 달리 모든 조직에서 발현된 AK2 전사체의 대부분은 1.0 kb의 AK2A였다. 또한, AK2의 전사체는 심장, 간 뿐 아니라, AK1만이 주로 발현되고 AK2의 발현이 낮다고 알려진 골격근에서도 많이 발견되어 기존의 동물 실험 결과와는 차이점을 보였다. 여러 근조직에서 AK1과 AK2의 발현 양상을 살펴보았을 때 두 유전자의 발현 정도는 비례 관계를 보였다. 이러한 결과는 근육조직에서 에너지의 효율적인 공급을 위해 이들 AK 동위 효소들이 기능적으로 서로 연관되어 있음을 제시하였다.
발현 벡터를 제조하여 대장균에서 두 동위 효소의 재조합 단백질을 발현시켰을 때, AK2A 또는 AK2B의 발현 벡터를 포함한 세포 조액에서는 대조균에 비해 높은 AK 활성을 보였으며, 순수 분리한 GST-AK2 융합단백질은 AK 활성을 가지고 있었다. 그러나 사람 AK2 재조합 단백질은 대장균의 adk-돌연변이의 결함을 보완하지 못했다. 이로서, AK의 기능에는 다른 단백질과의 상호작용이 관여함을 추측할 수 있었다.
AK2 promoter 부위를 클로닝하는 작업은 진행 중이다. 현재 분리된 부분 클론은 소에서 보고된 AK2 유전자의 해당 부위와 85%의 유사성을 보였다. 체세포 잡종 세포주를 이용하여 Southern hybridization으로 분석한 결과 AK2 유전자가 사람 염색체 1번과 2번에 위치함을 알 수 있었다. 이는 AK3에서 제시된 바와 마찬가지로 AK2 또한 multipleloci를 가짐을 제시하는 결과였다.
