Оптические и фотоэлектрические свойства наноразмерных и поликристаллических структур на основе сульфида кадмия

Фам Тхи Хаи Мьен

Оптические и фотоэлектрические свойства наноразмерных и поликристаллических структур на основе сульфида кадмия тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Фам Тхи Хаи Мьен АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Воронеж МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Оптические и фотоэлектрические свойства наноразмерных и поликристаллических структур на основе сульфида кадмия»

Автореферат диссертации на тему "Оптические и фотоэлектрические свойства наноразмерных и поликристаллических структур на основе сульфида кадмия"

На правах рукописи

Фам Тхи Хаи Мьен

ОПТИЧЕСКИЕ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОРАЗМЕРНЫХ И ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ СУЛЬФИДА КАДМИЯ

Специальность 01.04.05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

9 ИЮН 2011

Воронеж 2011

4849210

Работа выполнена в Воронежском государственном университете

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Клюев Виктор Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Даринский Борис Михайлович

доктор физико-математических наук, профессор Рембеза Станислав Иванович

Ведущая организация:

ИПХФ РАН г. Черноголовка

Защита диссертации состоится 30 июня 2011г. в 17 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.038.06. при Воронежском государственном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, Университетская пл. 1, ауд. 428.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГУ.

Учёный секретарь диссертационного совета

Дрождин С.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время наблюдается интенсивное развитие физики кристаллофосфоров, размеры которых порядка единиц и десятков нанометров. Такие наноразмерные частицы находятся в области перехода между атомно-молекулярной структурой и массивным кристаллом. Электронные свойства, параметры решетки, оптические и люминесцентные характеристики нанокристалла существенно отличаются от таковых для макрокристаллического вещества и зависят от размера частицы (эффект размерного квантования). Методы синтеза таких систем дают возможность управлять их оптическими, электрическими и структурными свойствами, изменяя размеры частиц.

С тех пор, как эффект размерного квантования был впервые обнаружен, научные исследования в этом направлении интенсивно развиваются. Вот лишь некоторые возможные сферы применения таких материалов: солнечные элементы, точечные транзисторы, светофильтры и светодиоды, полосу поглощения и излучения которых можно изменять только изменением размеров частиц. А также новый класс - нелинейные оптические материалы.

Однако в литературе отсутствуют сведения, касающиеся исследований природы центров рекомбинации, параметров глубоких электронных состояний в нанокристаллах и таких малоразмерных системах, как пиролитические пленки.

Таким образом, актуальной является задача исследования природы и оптических свойств локальных электронных состояний в нанокристаллах, в частности, сульфида кадмия, распределения плотности состояний и рекомбинационных свойств собственных и примесных дефектов в таких нанокристаллах и сильно неоднородных поликристаллических структурах на основе сульфида кадмия.

Целью настоящей работы является: исследование природы и рекомбинационных свойств локальных и, в частности, глубоких электронных состояний в нанокристаллах СёБ, распределения плотности состояний и рекомбинационных свойств собственных и примесных дефектов в них, а также в гетероструктурах 2по.6Сс1о.48/(Сс10)п и сильно неоднородных поликристаллических пленках Сс18.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие основные задачи:

1. Разработка метода получения нанокристаллов (НК) Сс18 на основе золь-гель технологии, обладающих интенсивной люминесценцией, и изучение влияния условий синтеза на размер и спектрально-люминесцентные свойства образуемых кристаллов.

2. Установление природы центров рекомбинации в НК Сс1Б, синтезированных золь-гель методом.

3. Измерение распределения плотности глубоких электронных состояний в запрещенной зоне НК СсШ.

4. Изучение свойств антистоксовой люминесценции в гетероструктурах 7п0.6СС1о.48/(ССЮ)п.

5. Изучение взаимодействия между НК СёБ и молекулами органических красителей.

6. Исследование природы длительной релаксации фотовозбужденной проводимости в пиролитических пленках СМ8.

Объекты исследования: В качестве объектов исследования выбраны нанокристаллы сульфида кадмия СёБ, диспергированные в желатине, микрокристаллы Zno.6Cdo.4S с квантовыми ямами (СсЮ)„ на поверхности и пиролитические пленки сульфида кадмия, являющиеся типичными представителями широкозонных кристаллов с ионно-ковалентной химической связью. Указанные кристаллы обладают интенсивной фотолюминесценцией при УФ возбуждении, как при пониженной, так и при комнатной температуре.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1. Разработана методика получения НК Сс1Э, обладающих интенсивной люминесценцией, размер которых составляет от 4 нм до 10 нм. Определены оптимальные параметры синтеза, позволяющие получать такие НК.

2. Установлен квантово - размерный эффект, который проявляется в зависимости величины запрещенной зоны и максимума спектров люминесценции от размера НК СсШ, синтезированных золь-гель методом.

3. Определено энергетическое положение центров люминесценции в запрещенной зоне синтезированных НК СсК и построены соответствующие зонные диаграммы.

4. Впервые методом фотостимулированной вспышки люминесценции измерено распределение плотности глубоких электронных состояний в запрещенной зоне синтезированных НК СёЭ.

5. Показано, что в гетероструктурах 7п0.6Сс1о.45/(С<10)п антистоксово преобразование энергии осуществляется поверхностным центром люминесценции, который взаимодействует с нанокластером (СсЮ)п, который образуется при отжиге в кислороде и осуществляет суммирование энергии возбуждения антистоксовой люминесценции.

6. Установлено, что в процессе синтеза органические красители, вводимые в реактор в процессе синтеза, ограничивают рост размера НК С(18.

7. Показано, что в процессе длительной релаксации фотовозбужденной проводимости в пиролитических пленках СёБ проявляются потенциальные барьеры биографической природы, в том числе и межкристаллитные, имеющие величину от 0,2 эВ до 0,4 эВ.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные

результаты для синтезированных золь-гель методом НК CdS являются важными с точки зрения создания новых наноматериалов размером от 4 нм до 10 нм, обладающих интенсивной люминесценцией при комнатной температуре. Эти свойства позволяют, как применить люминесцентные методы для исследования электронной структуры наноматериалов, так и применять их в качестве оптических и оптоэлектронных элементов. Способность пиролитических пленок CdS сохранять фотовозбужденную проводимость при комнатной температуре на время ~ 104 сек. и более практически важна для использования этих структур при разработке оптоэлектронных элементов и датчиков УФ излучения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Установленные зависимости величин запрещенных зоны и максимумов в спектрах люминесценции от размера НК CdS, синтезированных золь-гель методом.

2. Физическая модель структуры центров люминесценции в синтезированных НК CdS. Центрами излучения являются дефекты Cdj, [VcJ" - Vs+]°, [VCd2" - Os2+]° и Vcd-

3. Измеренные зависимости плотности электронных состояний в запрещенной зоне синтезированных НК CdS, имеющие максимумы на глубинах около 1 эВ, 1.3 эВ и 1.6 эВ.

4. Массив экспериментальных данных, свидетельствующих о том, что в процессе длительной релаксации фотовозбужденной проводимости в пиролитических пленках CdS проявляются потенциальные барьеры биографической природы, в том числе и межкристаллитные, имеющие величину от 0,2 эВ до 0,4 эВ.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на VIII международной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 2008); IV - V Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах ФАГРАН» (Воронеж, 2008 г. и 2010 г.); International symposium «Fundamental principles of nanofotonics» (St. Petersburg 2009); International conference «Organic nanophotonics» (ICON-Russia 2009); VII Всероссийской школы-конференции «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении» (Воронеж, 2009); конференции «Современные проблемы наноэлектроники, нанотехнологий, микро- и наносистем» (Ульяновск, 2010).

Публикации и личный вклад автора. Настоящая работа выполнена на кафедре оптики и спектроскопии Воронежского госуниверситета и проводилась в соответствии с планом научно-исследовательских работ кафедры, поддержана грантами ФЦП (ГК № 02.513.11.3059), РФФИ (№ 05-02-96402-р-цчр_а), (№ 06-02-96312р-центр_а), (№ 08-02-00744). Все включенные в диссертацию данные

получены лично автором или при его непосредственном участии. Автором осуществлено обоснование выбора метода исследования и проведены экспериментальные исследования, проведён анализ и интерпретация полученных результатов, сформулированы основные выводы и научные положения, выносимые на защиту. Постановка задач и обсуждение результатов проводилось совместно с научным руководителем д.ф.-м. наук, проф. Клюевым В.Г.

По результатам диссертации опубликовано 17 работ, 3 из которых опубликованы в журналах, рекомендуемых ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 133 страницы машинописного текста, включая 50 рисунков, 14 таблиц и список литературы, состоящий из 96 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении проведено обоснование актуальности темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, определены объекты исследования, указаны положения, выносимые на защиту. Сформулированы научная новизна и практическая ценность полученных результатов. Даны сведения о публикациях и апробации работы.

В первой главе проведен обзор научных работ, посвященных физико-химическим и люминесцентным свойствам кристаллов и НК сульфида кадмия. Описаны структурные дефекты и природа центров рекомбинации в моно- и микрокристаллах сульфида кадмия. Особое внимание уделено квантово-размерным эффектам, оказывающим влияние на оптические свойства нанокристаллов, размеры которых соизмеримы с диаметром экситона. Рассмотрены имеющиеся в литературе данные о фотовозбужденной проводимости кристаллов сульфида кадмия; разные модели запасенной проводимости.

Во второй главе даётся описание методик синтеза объектов исследования и методов исследования. В качестве объектов исследования используются: НК сульфида кадмия как чистые, так и находящиеся в комплексе с органическими красителями, полученные золь-гель методом; микрокристаллы Zno.6Cdo.4S, подвергнутые отжигу в кислороде; пиролитические пленки сульфида кадмия как чистые, так и легированные щелочными металлами, полученные методом распыления растворов на нагретую подложку.

Образцы исследовались методами измерения спектров поглощения, спектров стационарной люминесценции и люминесценции в режиме вспышки, методом фотостимулированной вспышки люминесценции (ФСВЛ), дающей

информацию о распределении плотности глубоких электронных состояний в запрещённой зоне кристаллов.

В третье главе рассматриваются оптические и люминесцентные свойства НК Сс18. НК СёБ изготавливались из разных солей кадмия при разных температурах. Установлено, что НК Сс18, полученные из бромида кадмия при температуре 40 °С, обладают наименьшим размером и самой интенсивной люминесценцией. Для дальнейшего исследования все образцы изготовлены при этих условиях.

Получена серия из пяти образцов НК Сс18 с различными массовыми отношениями Сс)8 к желатине равными 1,25%, 2,5%, 10%, 20% и 40%. Эти образцы обозначены соответственно номерами № 1, № 2, № 3, № 4, № 5.

На рис. 1 представлены спектры поглощения образцов НК СёБ № 1 - № 4 (кривые 1 - 4) и монокристалла (МП) Сей (кривая 5). По этим спектрам были оценены ширины запрещенных зон ДЕВ НК СсШ, значения которых приведены в табл. 1.

250 300 350 400 450 500 550 600

Ü, нм

Рис. 1. Спектры поглощения образцов НК CdS: № 1 (1), № 2 (2), № 3 (3), № 4 (4), МН CdS (5).

Табл. 1: Ширина запрещенной зоны и размер НК CdS.

Образцы № 1 №2 №3 №4

АЕ(,, эВ 3,02 2,98 2,77 2,66

d, нм 3,97 4,1 5,1 6,1

Радиусы НК CdS вычислялись по формуле, полученной Эфросом Ал.Л. в работе [1]: 11=[(Й2л2) / (2ц(АЕЁ - АЕ£0))]|/, где Я - радиус частицы CdS, АЕв0 -ширина запрещенной зоны массивного кристалла CdS равная 2,4 эВ, АЕЬ, -ширина запрещенной зоны НК CdS, ц = те*гп),*/(те +Шь), ше*= 0,19т и ть* = 5т - эффективные массы электронов и тяжелых дырок в CdS, т - масса электрона, Ь - постоянная Планка. В результате расчета получены размеры НК CdS с

различными концентрациями реагентов при синтезе, которые приведены в табл. 1.

Известно, что при уменьшении размера НК смещаются не только края валентной зоны и зоны проводимости, т.е. увеличивается ширина запрещенной зоны НК, но смещаются и локальные уровни в запрещенной зоне. Расстояние между уровнями размерного квантования для электронов и дырок обратно пропорционально их эффективным массам. У НК СёБ эффективная масса электронов в 4 раза меньше, чем дырок. Предполагается, что при уменьшении размера НК смещение локальных уровней электронов также больше смещения для уровней дырок в 4 раза. На основе известных центров люминесценции в объемных кристаллах Сс18 были вычислены смещения локальных уровней и построена диаграмма энергетических уровней в НК СбБ (рис. 2).

За счет увеличения ДЕв и смещения локальных уровней в запрещенной зоне полосы люминесценции НК Сё 5 должны быть сдвинуты в коротковолновую область спектра относительно объёмного кристалла. Величина энергии квантов люминесценции для четырех образцов НК Сс1Б при смещении соответствующих уровней вычислена и представлена в таблице 2 в столбцах, обозначенных символом I.

---------------------£

.................... К

ЕЦ

Ег

А Е.

ее

СУ,

2,05 }В

1.71 эВ

СУ,.

1.2 51!

У»

Еу

Л Е,

233 >П

■к:

2,25 эВ

2,041В

1,7 »В

г а

Е"

__________________ А

Нанокристалл С<14 ь

05ъ?мный кристалл С(1Х

Рис. 2. Диаграмма энергетических уровней дефектов, ответственных за люминесценцию, для объемного кристалла (левая часть) и для образца № 1 НК СсШ (правая часть).

Табл. 2. Значения энергии в эВ для максимумов полос люминесценции в НК СёБ, полученные по предложенной модели (I), при разложении экспериментальных кривых люминесценции (II) и разность между ними, выраженная в %.

е, е2 е3 е4

I II ДЕ I II ДЕ I II ДЕ I II ДЕ

Ссгё № 1 2,53 2,53 0 2,25 2,34 3,8 2,04 2,09 2,4 1,70 1,71 0,6

Сс18 № 2 2,49 2,48 0,4 2,21 2,25 1,8 2,00 2,03 1,5 1,66 1,67 0,6

Сс18 № 3 2,33 2,3 1,3 2,04 2Д4 4,7 1,83 1,93 5,2 1,50 1,57 4,5

СсБ№4 2,25 2,2 2,2 1,94 2,03 4,4 1,73 1,83 5,5 1,41 1,5 6

С целью проверки достоверности предложенной модели исследованы

Рис. 3. Нормированные СФЛ НК СёБ: Рис. 4. Разложение СФЛ НК Сс18 № 1 (1), № 2 (2), № 3 (3), № 4 (4). № 1 на четыре составляющие.

Спектры люминесценции образцов Сс18 №1—4 разложены на четыре элементарные полосы, имеющие гауссову форму и полуширину 30 нм, которые характерны для индивидуальных полос люминесценции кристаллофосфоров (рис. 4). В таблице 2 энергии, полученные при разложении экспериментальных кривых люминесценции, указаны в столбцах, обозначенных символом II. В столбцах, обозначенных ДЕ, приведена, выраженная в процентах, разница между значениями энергии для максимумов полос люминесценции, вычисленной и экспериментальной. Видно, что эта разница не превосходит 6 %, что порядка экспериментальной ошибки. Это свидетельствует о том, что принятая модель для НК СёБ, использующая приближение эффективной массы, подтверждается результатами двух независимых экспериментов (спектров поглощения и спектров люминесценции) с точностью, практически не отличающейся от точности эксперимента.

Впервые получено распределение плотности глубоких электронных состояний в запрещенной зоне НК Сс18 с помощью ФСВЛ. На рис. 5 представлены зависимости плотности электронных состояний от энергии

квантов стимулирующих вспышку для образцов СёБ № 3 и Сс18 № 5 размером 5,1 нм (кривая 1) и 10,4 нм (кривая 2), соответственно, и микрокристаллов (МК) Сс18 (кривая 3).

Из рис. 5 следует, что при уменьшении размера НК максимумы и, следовательно, уровни энергии сдвигаются на 0.1 эВ, 0.05 эВ и 0.05 эВ в сторону большей глубины от дна зоны проводимости соответственно, т.е. проявляется размерный эффект. Распределение на рис. 5 носит более четкий пиковый характер, чем для МК, для которого такое распределение имеет вид широкой полосы с неявно выраженными максимумами. Наличие четко выраженных максимумов может свидетельствовать в пользу того, что в НК Сс1Б

Рис. 5. Плотность электронных Рис 6. Спектры излучения МК состояний. Zno.6Cdo.4S, полученные при: = 365

нм (1), при А.„тб = 635 нм(2).

В конце главы представлен результат исследования антистоксовой люминесценции (АСЛ) МК твердых растворов Zno.6Cdo.4S, подвергнутых отжигу в кислороде при температуре 800 °С. Спектр излучения АСЛ (рис. 6, кривая 2) имеет уширение в длинноволновую область по сравнению со спектром стоксовой люминесценции (рис. 6, кривая 1). В спектрах выделены две элементарные составляющие. Из кинетических уравнений, соответствующих двум способам возбуждения кристалла (зона-зонное или двухфотонное возбуждение), были получены выражения для соотношения интенсивностей двух указанных полос при различных способах возбуждения люминесценции. Анализ результатов показал, что в гетерогенных системах на основе МК Zno.6Cdo.4S при отжиге в кислороде образуются два типа центров люминесценции. Один центр - объемный собственной природы, ответственный за коротковолновую составляющую сложной полосы люминесценции. Другой центр, ответственный за длинноволновую составляющую полосы люминесценции, сложный. Он образован поверхностным центром

люминесценции, который взаимодействует с нанокластером (С1Ю)П размером 25 нм, который образуется при отжиге в кислороде, осуществляет суммирование энергии возбуждения АСЛ и передает ее поверхностному центру люминесценции.

В четвертой главе проведены результаты влияния органических красителей: метиленового голубого (Кр1), пиридиниевой соли 3,3-ди-(у-сульфопропил)-9-этил-4,5,4' ,5' -дибензотиа-карбоцианинбетаина (Кр2) и катионного аналога Кр2 - 3,3-диэтил-4,5,4',5'-дибензо-9-этил-тиа-карбоцианинбромида (КрЗ), находящихся в реакторе во время синтеза НК СбБ, на спектрально-люминесцентные свойства НК СёБ.

Спектры поглощения НК Сс18, синтезированных в присутствии красителей, смещены в коротковолновую сторону (рис. 7). При этом ширины их запрещенных зон увеличиваются, т.е. размер кристаллов уменьшается (табл. 3).

Рис. 7. Спектры поглощения образцов: Сс18 + Кр1 (1), СсШ + Кр2 (2), Сс18 + КрЗ (3), Сс)8 (4).

2.2 2,1 2,0 1,9 1,8 Е.эВ _1-!-1_-1-1-

1 - О,

отн, м.

2 / 3 / 1/ \ \

0,5 •

530 $80 630 680 ), им

Рис. 8. Спектры поглощения Кр1 в водном растворе (1), Кр1 в желатиновой матрице (2), Сс18+Кр1 (3).

Табл. 3. Ширина запрещенных зон и размеры НК Сей, полученных без и в присутствии красителей.

CdS CdS + Кр1 CdS + Кр2 CdS + КрЗ

ДЕК, эВ 3,02 3,07 3,07 3,05

(1, нм 3,97 3,82 3,82 3,88

Из спектров поглощения (рис. 8) следует, что желатиновая матрица способствует объединению молекул Кр в и Н- формы, а образующиеся НК Сей препятствуют этому из-за более сильного взаимодействия с молекулами Кр.

В пятой главе исследована кинетика релаксации фотовозбужденной проводимости пиролитических пленок Сей как чистых, так и легированных щелочными металлами Ы, Ыа, К, ЛЬ, Се, после выключения возбуждения.

На рис. 9 представлена зависимость тока от времени релаксации для чистой пленки СсЙ после окончания фотовозбуждения. На кривой практически нет прямолинейных участков. Это свидетельствует о не мономолекулярном характере рекомбинации неравновесных зарядов. Однако начальный и конечный участки можно аппроксимировать прямыми линиями. Энергии активации, соответствующие прямолинейным участкам, рассчитывались по формуле [2]: Е=кТ1п(т/т0), где т0 = 0,001 с - постоянная времени релаксации в монокристалле СёЭ. Для начального и конечного участков процесса релаксации они равны 0,2 эВ и 0,4 эВ, соответственно.

Рассчитаны энергии активации для начальных и конечных участков процесса релаксации при разных временах возбуждения (табл. 4).

Рис. 9. Зависимость 1п(1/10) от Рис. 10. Результат аппроксимирования времени релаксации I для пленок экспериментальной (сплошная) кривой С<18 (1воз6 = 60 сек.). С(18:1л суммой экспонент (пунктирная).

Табл. 4. Энергии активации в эВ для начальных и конечных участков процесса релаксации тока в пленках Сс18 при разных временах фотовозбуждения.

^во'зб» С 3 6 10 13 30 60 100

Е «-•а наш 0,18 0,18 0,18 0,18 0,19 0,20 0,20

^а кон» ои 0,33 0,36 0,39 0,39 0,40 0,40 0,40

Легирование щелочными металлами увеличивает время релаксации тока в несколько раз, но практически не влияет на энергию активации. Это объясняется тем, что примеси металлов создают уровни энергии порядка нескольких кТ. Эти уровни являются центрами прилипания и увеличивают время движения неравновесных электронов к барьерам между ними и локализованными дырками.

Экспериментальные зависимости тока от времени релаксации при разных временах фотовозбуждения аппроксимированы функциями, которые являются

суммами экспонент. Пример приведен на рис. 10. Энергии активации или соответствующие высоты потенциальных барьеров сведены в табл. 5. Видно, что количество экспонент не зависит от типа легируемого металла, а зависит от времени возбуждения образцов. Эти результаты свидетельствуют о том, что в кристаллитах Сс1Б формируются четыре типа потенциальных барьеров, ответственных за длительную релаксацию фотовозбужденной проводимости.

Табл. 5. Энергии активации в эВ в пленках СёБ, легированных металлами, при разных временах фотовозбуждения.

Образцы Е 1 Е 2 ^акт Е J ^акт Е 4 ^акт

CdS-Na (4 сек.) 0,18 0,38

CdS-Na (36 сек.) 0,22 0,29 0,39

CdS-K (21 сек.) 0,22 0,28 0,39

CdS-Cs (46сек.) 0,22 0,27 0,39

CdS-Rb (28сек.) 0,20 0,29 0,39

CdS-Li (1 мин.) 0,20 0,28 0,35 0,39

CdS-Li (2 мин.) 0,22 0,28 0,35 0,40

CdS-Li (3 мин.) 0,20 0,27 0,35 0,40

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе золь-гель технологии разработана методика получения НК CdS, обладающих интенсивной люминесценцией, размер которых составляет 4 -10 нм.

2. Установлен квантово - размерный эффект, который проявляется в зависимости величины запрещенной зоны и положения максимумов полос люминесценции от размера НК CdS. При уменьшении размера нанокристаллов от 10 нм до 4 нм ширина запрещенной зоны увеличивается от 2,49 эВ до 3,02 эВ и полосы люминесценции сужаются и смещаются в коротковолновую сторону.

3. Построена диаграмма энергетических уровней центров люминесценции в синтезированных НК CdS. Центрами излучения в НК CdS являются дефекты Cd¡, [Ved" - Vs+]°, [Ve/" - Off и Vcd.

4. Измерено распределение плотности электронных состояний в запрещенной зоне НК CdS, глубина которых увеличивается с понижением размера нанокристаллов. Для НК CdS размером 5,1 нм глубины максимумов электронных состояний составляют 1,05 эВ, 1,3 эВ и 1,6 эВ.

5. Показано, что в гетероструктурах Zn0.6Cdo.4S/(CdO)n антистоксово преобразование энергии осуществляется поверхностным центром люминесценции, который взаимодействует с нанокластером (CdO)n, который

образуется при отжиге в кислороде и осуществляет суммирование энергии возбуждения антистоксовой люминесценции.

6. Установлено, что введение органических красителей в процесс синтеза ограничивает рост размера НК CdS.

7. Показано, что в процессе длительной релаксации фотовозбужденной проводимости в пиролитических пленках CdS проявляются потенциальные барьеры биографической природы, имеющие величину от 0,2 эВ до 0,4 эВ.

Список цитированной литературы:

1. Эфрос Ал.Л. Межзонное поглощение света в полупроводниковом шаре / Эфрос Ал.Л., Эфрос А.Л. // Физика и техника полупроводников. - 1982. - Т. 16, №7. -С. 1209-1214.

2. Маркевич И.В., Шейкман М.К. // ФТТ, 1970. -Ха 12. - С. 3136.

Основное содержание диссертаци опубликовано в следующих работах:

1. Люминесцентные свойства пиролитических пленок ZnS / Клюев В.Г., Майорова Т.Л., Фам Тхи Хаи Мьен // Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии, 14-19 сентября 2008 г.: Материалы VIII международной конференции. - Кисловодск, 2008. - с. 396-397.

2. Влияние примеси на фотопамять пиролитических пленок сульфида кадмия / Майорова Т.Л., Клюев В.Г., Фам Т.Х.М. // Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах "ФАГРАН-2008", 6 -11 октября 2008 г.: Материалы IV Всероссийской конференции. - Воронеж, 2008.-Т. 1,-С.427-430.

3. Рекомбинационные свойства пленок сульфида цинка, полученных методом распыления / Фам Тхи Хаи Мьен, Майорова Т.Л., Клюев В.Г. // Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах "ФАГРАН-2008", 6-11 октября 2008 г.: Материалы IV Всероссийской конференции. - Воронеж. - Т. 1. - С. 526-528.

4. Влияние примеси на фотопамять пиролитических пленок сульфида кадмия / Майорова Т.Л., Клюев В.Г., Фам Тхи Хаи Мьен // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2008. - Т. 10, № 4. - С. 256-260.

5. Рекомбинационные свойства пленок сульфида цинка, полученных методом распыления / Клюев В.Г., Майорова Т.Л., Фам Тхи Хаи Мьен, Семенов В.Н. // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2009. - Т. 11, № 1. - С. 5861.

6. The features of the recombination processes into the pyrolytic CdS films / T.L. Maiorova, Klyuev V.G., Pham Thi Hai M., Bikovskaya V.S. // International symposium «Fundamental principles of nanofotonics», June 21-28, 2009, St. Petersburg, Russia: Book of abstracts. - St. Petersburg. - P. 169.

7. Особенности рекомбинационных процессов в пиролитических пленках сульфида кадмия / Клюев В.Г., Фам Тхи Хаи М., Быковская B.C. // Международная конференция «Органическая нанофотоника» (ICON - 2009), 21-28 июня 2009 г.: Сборник трудов. - Санкт-Петербург. - С. 113-118.

8. Specifics of Recombination Processes in Pyrolytic Cadmium Sulfide Films / T.L. Maiorova, V.G. Klyuev, Pham Thi Hai Mien, V.S. Bykovskaya // High Energy Chemistry. - 2009. - V. 43, No. 7. - P. 599-601.

9. Длительная релаксация фотовозбужденной проводимости в пиролитических пленках CdS / Клюев В.Г., Майорова Т.Л., Фам Тхи Хаи М., Семенов В.Н. // VII Всероссийской школы-конференции «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении», 28 сентября - 2 октября 2009: Тезисы докладов. - Воронеж, 2009. - С. 186-187.

10.Оптические свойства неквантовых наночастиц Zn06Cd04S / Косякова Е.А., Фам Тхи Хаи Мьен, Балбекова А.Н., Клюев В.Г. // Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении (Индустрия наносистем и материалов): 7-я Всеросс. Конф.-школа, Материалы конф. -Воронеж, 2009. - С. 210-211.

11. Антистоксова люминесценция в частицах ZnxCd^S, подвергнутых отжигу в кислороде / Фам Тхи Хаи Мьен., Балбекова А.Н., Косякова Е.А., Клюев В.Г. // Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении (Индустрия наносистем и материалов): 7-я Всеросс. Конф.-школа, Материалы конф. - Воронеж, 2009. - С. 361-362.

12. Low-threshold up-conversion luminescence in ZnxCd|.xS with oxidate surface / M.S. Smirnov, ON. Ovchinnikov, E.A. Kosyakova, A.N. Latyshev, A.F. Klinskikh, E.P. Tat'yanina, P.V. Novikov, Pham Thi Hai Mien // Physica B. -2009. - V.404. - P.5013-5015.

13. Особенности фотопроводимости пиролитических пленок сульфида кадмия / Т.Л. Майорова, Х.М. Фам Тхи, Клюев В.Г., В.Н. Семенов, B.C. Быковская // Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах "ФАГРАН-2010", 3-8 октября 2010 г.: Материалы V Всероссийской конференции. - Воронеж. - Т. 1. - С. 393-396.

14. Антистоксова люминесценция кристаллов ZnxCdi_xS с окисленной поверхностью / М.С. Смирнов, О. В. Овчинников, Е.А. Косякова, А.Н. Латышев, А.Ф. Клинских, Фам Тхи Хаи Мьен, Л.Ю. Леонова, А.О. Дедикова // Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах "ФАГРАН-2010", 3-8 октября 2010 г.: Материалы V Всероссийской конференции. - Воронеж. - Т. 1. - С. 446-449.

15. Люминесцентные свойства сопряженных структур "нанокристалл CdS -молекула красителя" / Косякова Е.А., Овчинников О.В., Фам Тхи Хаи Мьен, Смирнов М.С., Булгакова А.О. // Современные проблемы наноэлектроники,

/д

нанотехнологий, микро- и наносистем: Труды школы молодых ученых. -Ульяновск, 2010. - С. 87 - 89.

16. Антистоксова люминесценция кристаллов ZnxCd!.xS с окисленной поверхностью / Смирнов М.С., Овчинников О.В., Косякова Е.А., Фам Тхи Хаи Мьен // Современные проблемы наноэлектроники, нанотехнологий, микро- и наносистем: Труды школы молодых ученых. - Ульяновск, 2010. - с.

17. Взаимодействие центров люминесценции в микрокристаллах Zno.6Cdo.4S, подвергнутых отжигу в среде, содержащей кислород / В.Г. Клюев, Е.А. Косякова, А.Н. Балбекова, Х.М. Фам Тхи // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2011. - Т. 13, № 1.-С. 63-66.

Работы 8,12,17 опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Подписано в печать 17.05.11. Формат 60*84 Усл. печ. л. 0,93. Тираж 100 экз. Заказ 696.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательско-полиграфического центра Воронежского государственного университета. 394000, Воронеж, ул. Пушкинская, 3

151 -153.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Фам Тхи Хаи Мьен

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ СУЛЬФИДА КАДМИЯ.

1.1. Физические и химические свойства сульфида кадмия.

1.1.1. Структура решетки и химическая связь.

1.1.2. Структурные дефекты. Примеси.

1.1.3. Квантово - размерный эффект в нанокристаллах.

1.2. Фотолюминесценция сульфида кадмия.

1.2.1. Природа центров свечения в кристаллофосфорах на основе Сс18.

1.2.2. Оптические свойства нанокристаллов Сс18.

1.3. Фотопроводимость пленок сульфида кадмия.

1.3.1. Эффект фотопамяти в фотопроводящих слоях Сс18.

1.3.2. Ловушки и эффекты прилипания.

ГЛАВА 2. ОБРАЗЦЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

2.1. Методика получения образцов.

2.1.1. Получение нанокристаллов Сс18.

2.1.2. Получение нанокристаллов СёБ, сопряженных с органическими красителями.

2.1.3. Получение пиролитических пленок Сс18.

2.2. Метод фотостимулированной вспышки люминесценции.

2.3. Автоматический спектральный комплекс для люминесцентных измерений.

2.4. Установка и методика для измерения кинетики фотопроводимости.

2.5. Программа разложения спектров на элементарные составляющие.

2.6. Другие методы.

ГЛАВА 3. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОКРИСТАЛЛОВ СУЛЬФИДА

КАДМИЯ.

ЗЛ. Влияние условий синтеза на оптические свойства нанокристаллов Сё8.

3.2. Спектры поглощения.

3.2.1. Проявление квантово - размерного эффекта в спектре поглощения нанокристаллов Сс18.

3.2.2. Определение размеров нанокристаллов Сс18.

3.3. Люминесцентные свойства нанокристаллов СсШ.

3.3.1. Спектры фотолюминесценции нанокристаллов СсЙ.

3.3.2. Физическая модель и диаграмма энергетических уровней центров люминесценции в нанокристаллах СёЭ.

3.4. Спектры фотостимулированной вспышки люминесценции.

3.5. Спектры люминесценции в режиме вспышки нанокристаллов Сс18.

3.6. Люминесценция в микрокристаллах 2по,бСс1(и8 с квантовыми точками

СсЮ)п на поверхности.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.

ГЛАВА 4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ НАНОКРИСТАЛЛАМИ СУЛЬФИДА КАДМИЯ И ОРГАНИЧЕСКИМИ КРАСИТЕЛЯМИ.

4.1. Оптические свойства нанокристаллов СсШ при взаимодействии с органическими красителями.

4.2. Влияние красителей на люминесцентные свойства нанокристаллов саБ.Ю

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4.

ГЛАВА 5. ФОТОПРОВОДИМОСТЬ ПИРОЛИТИЧЕСКИХ ПЛЕНОК

СУЛЬФИДА КАДМИЯ.

5.1. Кинетика релаксации фотовозбужденной проводимости нелегированных пленок СёБ.

5.2. Кинетика релаксации фотовозбужденной проводимости нелегированных пленок CdS при разных временах освещения.

5.3. Влияние легирования щелочными металлами на кинетику релаксации фотовозбужденной проводимости пленок CdS.Ill

5.4. Моделирование закономерности релаксации фотовозбужденной проводимости пиролитических пленок CdS.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5.

Введение диссертация по физике, на тему "Оптические и фотоэлектрические свойства наноразмерных и поликристаллических структур на основе сульфида кадмия"

С тех пор, как эффект размерного квантования был впервые обнаружен, научные исследования в этом направлении интенсивно развиваются. Вот лишь некоторые возможные сферы применения таких материалов: солнечные элементы, точечные транзисторы, светофильтры и светодиоды, полосу поглощения и излучения которых можно изменять только изменением размеров частиц. А также новый класс — нелинейные оптические материалы.

Целью настоящей работы является: исследование природы и рекомбинационных свойств локальных и, в частности, глубоких электронных состояний в нанокристаллах СсШ, распределения плотности состояний и рекомбинационных свойств собственных и примесных дефектов в них, а' также в гетероструктурах 2п0.бСс!о.48/(СсЮ)п и сильно неоднородных поликристаллических пленках СсШ.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие основные задачи:

1. Разработка метода получения нанокристаллов СсШ, обладающих интенсивной люминесценцией, и изучение влияния условий синтеза на размер и спектрально-люминесцентные свойства образуемых кристаллов.

2. Установление природы центров рекомбинации в нанокристаллах СёЭ, синтезированных золь-гель методом.

3. Измерение распределения плотности глубоких электронных состояний в запрещенной зоне нанокристаллов СсШ.

4. Изучение свойств антистоксовой люминесценции в гетероструктурах гп0.бсёо.48/(сао)п.

5. Изучение взаимодействия между нанокристаллами Сё8 и молекулами органических красителей.

6. Исследование природы длительной релаксации фотовозбужденной проводимости в пиролитических пленках Сё8.

Объекты исследования: В качестве объектов исследования выбраны нанокристаллы сульфида кадмия СсШ, диспергированные в желатине, микрокристаллы Z1io.6Cdo.4S с квантовыми ямами (CdO)n на поверхности и пиролитические пленки сульфида кадмия, являющиеся типичными представителями широкозонных кристаллов с ионно-ковалентной химической связью. Указанные кристаллы обладают интенсивной фотолюминесценцией при УФ возбуждении, как при пониженной, так и при комнатной температуре.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1. Разработана методика получения нанокристаллов сульфида кадмия, обладающих интенсивной люминесценцией, размер которых составляет от 4 нм до 10 нм. Определены оптимальные параметры синтеза, позволяющие получать такие нанокристаллы.

2. Установлен квантово — размерный эффект, который проявляется в зависимости величины запрещенной зоны и максимума спектров люминесценции от размера нанокристаллов Сс18, синтезированных золь-гель методом.

3. Определено энергетическое положение центров люминесценции в запрещенной зоне синтезированных нанокристаллов СёБ и построены соответствующие зонные диаграммы.

4. Впервые методом фотостимулированной вспышки люминесценции измерено распределение плотности глубоких электронных состояний в запрещенной зоне синтезированных нанокристаллов Сс18.

5. Показано, что в гетероструктурах 2п0.бСс1о.48/(СсЮ)п антистоксово преобразование энергии осуществляется поверхностным центром люминесценции, который взаимодействует с нанокластером (Сс10)п, который образуется при отжиге в кислороде и осуществляет суммирование энергии возбуждения антистоксовой люминесценции.

6. Установлено, что в процессе синтеза органические красители, вводимые в реактор в процессе синтеза, ограничивают рост размера нанокристаллов Сёв.

7. Показано, что в процессе длительной релаксации фотовозбужденной проводимости в пиролитических пленках Сс18 проявляются потенциальные барьеры биографической природы, в том числе и межкристаллитные, имеющие величину от 0,2 эВ до 0,4 эВ.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные результаты! для синтезированных нанокристаллов CdS являются важными с точки-зрения создания новых наноматериалов размером от 4 нм до 10 нм, обладающих интенсивной« люминесценцией- при комнатной температуре. Эти? свойства: позволяют .как: применить- люминесцентные методы для; исследования электронной структуры; наноматериалов, так и применять.их в качестве оптических и оптоэлектронных элементов: Пиролитические пленки \ CdS обладают способностью запасать проводимость при комнатной: температуре длительное время ~ 104 сек. Такие свойства практически важны для; использования исследуемых; структур при разработке оптоэлектронных элементов и-датчиков УФ излучения. :

Основные положения; выносимые на защиту:

1. Установленные1 зависимости? величин запрещенных зоны и максимумов в спектрах люминесценции от размера нанокристаллов: CdS, синтезированных золь-гель методом. • . • ' . .

2. Физическая модель структуры; центров;люминесценции в синтезированных нанокристаллах CdS. Центрами излучения являются дефекты Cd¡, [vCcf -•

Vs+]^[Vcd2-- os2+]% ^ , , ■■'"■.'

3. Измеренные зависимости плотности электронных . состояний в запрещенной зоне синтезированных нанокристаллов CdS, имеющие максимумы на глубинах около 1 эВ, 1.3 эВ и 1.6 эВ. ■'.'•■

4. Массив экспериментальных данных, свидетельствующих о том; что в процессе длительной релаксации фотовозбужденной: проводимости > в пиролитических пленках CdS проявляются потенциальные барьеры; биографической природы, в том числе и межкристаллитные, имеющие величину от 0,2 эВ до 0,4 эВ.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на VIII международной конференции- «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 2008); IV - V Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и «на межфазных границах ФАГРАН» (Воронеж,

2008 г. и 2010 г.); International symposium «Fundamental principles of i nanofotonics» (St. Petersburg 2009); International conference «Organic nanophotonics» (ICON-Russia 2009); VII Всероссийской школы-конференции «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении» (Воронеж, 2009); конференции «Современные проблемы наноэлектроники, нанотехнологий, микро- и наносистем» (Ульяновск, 2010).

Публикации и личный вклад автора.

Настоящая работа выполнена на кафедре Оптики и спектроскопии Воронежского госуниверситета и проводилась в соответствии с планом научно-исследовательских работ кафедры, поддержана грантами ФЦП (ГК № 02.513.11.3059), РФФИ (№ 05-02-96402-р-цчра), (№ 06-02-96312р-центра), (№ 08-02-00744). Все включенные в диссертацию данные получены лично автором или при его непосредственном участии. Автором осуществлено обоснование выбора метода исследования и проведены экспериментальные исследования, проведён анализ и интерпретация полученных результатов, сформулированы основные выводы и научные положения, выносимые на защиту. Обсуждение результатов проводилось совместно с научным руководителем д.ф.-м. наук, проф. Клюевым В.Г.

По результатам диссертации опубликовано 17 работ, 3 из которых опубликованы в журналах, рекомендуемых ВАК.

Заключение диссертации по теме "Оптика"

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5

1. Кинетика релаксации фотовозбужденной проводимости в пиролитических пленках СсЙ не является экспоненциальной зависимостью и свидетельствует о том, что в процессе рекомбинации неравновесных электронов и дырок принимают участие как минимум четыре типа потенциальных барьеров собственной природы с энергетической высотой 0.2±0.01 эВ, 0.28±0.01 эВ, 0.35 эВ, 0.39±0.01 эВ.

2. Легирование пленок Сс18 щелочными металлами приводит к образованию уровней прилипания для электронов энергетической глубиной порядка нескольких кТ. Это увеличивает время движения неравновесных электронов к потенциальным барьерам между ними и дырками и, соответственно, время релаксации до 104 с и более.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработана методика синтеза НК СеЙ с. размерами от 4' нм до 10 нм и более, обладающих интенсивной люминесценцией. Эта методика базируется на золь-гель методе выращивания нанокристаллов в полимерном связующем; Показано, что;образцы-НК Сей, полученные из соли СеШ1у4Н20 при 40 °С, обладают не только самой интенсивной люминесценцией среди образцов, полученных из разных солей кадмия^ но и вспышкой люминесценции, что позволило впервые измерить распределение электронных состояний в запрещенной зоне НК Сей. ,

По спектрам поглощения определено, что в полученных НК СеЙ в области собственного поглощения преобладают вертикальные разрешенные переходы.

Спектры поглощения НК Сей обладают сдвигом в коротковолновую, область относительно спектра поглощения массивного кристалла Са8. . ,

Определена ширина запрещенной зоньг образцов Сей по их спектрам поглощения, меняющаяся от 2,66 эВ до 3,02 эВ.

На основе метода эффективной массы определен размер частиц Сей по их спектрам поглощения. Размер (диаметр) НК Сей составляет 4 - 6 нм.

Образцы НК Сей обладают интенсивными широкими полосами люминесценции в области спектра от 425 нм до 800 нм.

Спектры люминесценции НК Сей смещаются в коротковолновую область при уменьшении размера кристаллов от 6 нм до 4 нм. При этом положение максимума спектров люминесценции сдвигается от 620 нм до 520 нм.

Полуширина спектров люминесценции образцов уменьшается с 152 нм до 115 нм при уменьшении размера кристалла от 6 нм до 4 нм.

Коэффициент увеличения интенсивности люминесценции при понижении температуры от 300 К до 77 К увеличивается от 5 до 25 раз при увеличении размера нанокристаллов от 4 нм до б нм. Это может свидетельствовать о том, что более-'мелкие кристаллы обладают меньшим количеством безызлучательных каналов рекомбинации и, следовательно, имеют меньше дефектов.

На основе анализа спектров поглощении и спектров люминесценции показано, что собственные дефекты, а также дефекты, связанные с Q ^ ^^ Q кислородом: [Ved - Vs ] , Cd¡, [VCcf~ - Os" ] и Vea, характерные для массивных кристаллов CdS, имеют место и для НК CdS размеров 4-6 нм.

Построена диаграмма уровней энергии для дефектов, ответственных за полосы люминесценции в НК CdS.

Впервые получено распределение плотности глубоких электронных состояний в запрещенной зоне НК CdS. Это распределение носит более четкий пиковый характер, чем для объемных кристаллов, для которых такое распределение имеет вид широкой полосы с неявно выраженными максимумами. Наличие четко выраженных максимумов может свидетельствовать в пользу того, что в РЖ CdS количество дефектов меньше, чем в объемных кристаллах.

Зафиксировано проявление размерного эффекта - при уменьшении размеров НК CdS локальные электронные состояния сдвигаются в соответствии с увеличением ширины запрещенной зоны.

При измерении спектров люминесценции в режиме стационарной люминесценции и в режиме вспышки люминесценции по-разному проявляются вероятности захвата неравновесных носителей на локальные центры. Наличие интенсивной люминесценции в полученных образцах и, как следствие, вспышки люминесценции в дальнейшем позволит более детально изучать механизмы рекомбинации в НК CdS.

Показано, что в гетерогенных системах на основе микрокристаллов Zno.6Cdo.4S, отжиг которых осуществлялся в среде, содержащей кислород воздуха, существует не только стоксова, но и антистоксова люминесценция. При этом образуется два типа центров люминесценции. Один центр — объемный собственной природы, ответственный за коротковолновую составляющую сложной полосы люминесценции. Другой, ответственный за длинноволновую составляющую сложной полосы люминесценции, сложный. Он образован поверхностным центром люминесценции, который взаимодействует с квантовой точкой СёО, которая образуется при отжиге в кислороде на поверхности микрокристаллов Zno.6Cdo.4S и осуществляет суммирование энергии при возбуждении антистоксовой люминесценции.

Как спектры поглощения, так и спектры люминесценции НК Са8 смещаются в коротковолновую область при введении красителей Кр1, Кр2 и КрЗ в реактор во время синтеза CdS. Это можно объяснить уменьшением размеров НК CdS при синтезе в присутствии красителей. Присутствие молекул органических красителей в реакторе во время синтеза ограничивает рост нанокристаллов сульфида кадмия.

Желатина способствует агрегации молекул красителей в Д- , Н- и I-формы. Образующиеся нанокристаллы CdS препятствуют такому укрупнению молекул красителей, что свидетельствует о наличии взаимодействия между НК CdS и красителями.

Установлено, что кинетика релаксации фотовозбужденной проводимости в пиролитических пленках CdS не является экспоненциальной зависимостью и свидетельствует о том, что в процессе рекомбинации неравновесных электронов и дырок принимают участие как минимум четыре типа потенциальных барьеров с энергетической высотой 0.2±0.01 эВ, 0.28±0.01 эВ, 0.35 эВ, 0.39±0,01 эВ.

Легирование пленок СсЙ щелочными металлами приводит к образованию уровней прилипания для электронов энергетической глубиной порядка нескольких кТ. Это увеличивает время движения неравновесных электронов к потенциальным барьерам между ними и дырками и, соответственно, общее время релаксации до 104 с и более.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Фам Тхи Хаи Мьен, Воронеж

1. Физика и химия соединений AnBVI / под ред. Медведева В.И. М.: Мир, 1970.-624 с.

2. Бьюб Р. Фотопроводимость твердых тел / Бьюб Р. — М.: Изд. иностран. лит-ры, 1962. — 558 с.

3. Физика соединений AnBVI / под ред. Георгобиани А.Н., Шейкман М.К. -М.: Наука, 1986.-320 с.

4. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов: в 2-х т. -М.: Металлургиздат., 1962. Т. 1. - 608 с.

5. Гурвич A.M. О влиянии положения уровней собственных дефектов на отклонение от стехиометрии и электропроводность сульфидов цинка и кадмия / Гурвич A.M., Катомина Р.В. // ФТТ. 1971. - Т. 5, №7. - С. 1351-1359.

6. Huynh W.U. CdSe Nanocrystal Rods / Poly (3-hexylthiophene) Composite Photovoltaic Devices / Huynh W.U., Peng X.G. & Alivisatos A.P. // Adv. Mater. 1999. - V.l 1, №11. - P.923-927.

7. Huynh W.U. Hybrid Nanorod-Polymer Solar Cells / Huynh W.U., Dittmer J.J., Alivisatos A.P. // Science. 2002. - V. 295. - P. 2425-2427.

8. A.I. Ekimov and A.A. Onushchenko. Sov. Phys. Semicond. 1982. - V. 16. -P. 775.

9. Эфрос Ал.Л. Межзонное поглощение света в полупроводниковом шаре / Эфрос Ал.Л., Эфрос А.Л. // Физика и техника полупроводников. 1982. -Т. 16, № 7.-С. 1209-1214.

10. Гринь В.Ф. О температурной зависимости экситонной люминесценции монокристаллов CdS / Гринь В.Ф., Сальков Е.А., Хвостов В.А. // Проблемы физики соединений AÜBVI. Вильнюс, 1972. — С. 24- 27.

11. Lozada-Morales R. On the yellow-band emission in CdS films / Lozada-Morales R., Zelaya-Angel O., Torres-Delago G. // Appl. Phys. 2001. - V. A73.-P. 61-65.

12. Келле Х.И. К вопросу о происхождении оранжевой и красной люминесценции CdS / Келле Х.И., Кире Я.Я., Тулва Л.Т. // Проблемы физики соединений AnBVI. Вильнюс, 1972. - С. 85-89.

13. Гурвич A.M. Введение в физическую химию кристаллофосфоров. М.: Высшая школа, 1982. — 376 с.

14. Гурвич A.M. Термодинамический анализ образования дефектов в люминесцирующих кристаллах ZnS С1 и CdS — С1 / Гурвич A.M., Катомина Р.В. // Журнал физической химии, 1969. — Т. 43, №1. - С. 72-79.

15. Аарна Х.А. Исследование высокотемпературной проводимости CdS в состоянии динамического равновесия / Аарна Х.А., Кукк П.Л. // Проблемы физики соединений АИВУ1. Вильнюс, 1972. - С. 235-239.

16. Менцер А.Н. Люминесцентные и электрофизические характеристики монокристаллических слоев CdS на сапфировых подложках / Менцер А.Н., Дуденкова A.B. // Проблемы физики соединений AnBVI. Вильнюс, 1972.-С. 245-249.

17. Гудыменко Л.Ф. Миграция энергии в монокристаллах AnBVI, легированных эрбием / Гудыменко Л.Ф., Гуле Е.Г., Витриховский Н.И.,

18. Лисица М.П. // Проблемы физики соединений AnBVI. Вильнюс, 1972. -С. 72-76.

19. Семенов В.Н. О люминесценции пленок CdS — ZnS в спектральном интервале 400 1200 нм / Семенов В.Н., Авербах Е.М. // Физико-химические процессы в полупроводниках и на их поверхности / под ред. Угай Я.А. - Воронеж, 1981.-200 с.

20. Y. Wang. Nanometer — sized semiconductor clusters: materials synthesis, quantum size effects, and photophysical properties / Y. Wang and N. Herron // J. Phys. Chem. — 1991. V. 95. — P. 525.

21. L. Brus. Quantum crystallites and nonlinear optics / L. Brus // Appl. Phys. A. 1991. - V. 53.-P. 465.

22. A.D. Yoffe. Low dimensional systems: quantum size effects and electronic properties of semiconductor microcrystallites (zero — dimensional systems) / A.D. Yoffe // Adv. Phys. - 1993. - V. 42. - P. 173.

23. R. Rossetti. Size effects in the excited electronic states of small colloidal CdS crystallites / R. Rossetti et al. // J. Chem. Phys. 1984. - V. 81. - P. 4464;

24. N. Chestory. Luminescence and Photophysics of CdS Semiconductor Clusters: The Nature of the Emitting Electronic State / N. Chestory et al. // J. Phys. Chem. 1986. - V. 90. - P. 3393.

25. M. Agata. Photoluminescence spectra of gas evaporated CdS microcrystals / M. Agata et al. // Solid St. Commun. - 1990. - V. 76. - P. 1061.

26. B.G. Potter. Quantum size effects in optical properties of CdS glass composites / B.G. Potter et al. // Phys. Rev. B. - 1988. - V. 37. - P. 10838.

27. H. Mathieu. Quantum confinement effects of CdS nanocrystals in a sodium borosilicate glass prepared by the sol gel process / H. Mathieu et al. // J Appl. Phys. - 1995. - V. 77. - P. 277.

28. Ying Wang. Optical transient bleaching of quantum confined CdS clusters: The effects of surface - trapped electron - hole pairs / Ying Wang et al. // J Chem. Phys. - 1990. - V. 92. - P. 6927.

29. Kazuhiko Misawa. Size effects on luminescence dynamics of CdS microcrystallites embedded in polymer films / Kazuhiko Misawa et al. // Chem. Phys. Lett. 1991. - V. 183.-P. 113.

30. Y. Wang. Photoluminescence and relaxation dynamics of cadmium sulfide superclusters in zeolites / Ying Wang, Norman Heiron // J. Phys. Chem. — 1988.-V. 92.-P. 4988.

31. S.F. Wuister. Synthesis and luminescence of (3-mercaptopropy) — trimethoxysilane capped CdS quantum dots /S.F. Wuister et al. // J. Lumin. -2003.-V. 102-103.-P. 338-343.

32. P. Nandakumar. Optical absorption and photoluminescence studies on CdS quantum dots in Nafion / P. Nandakumar et al. // Journal of Applied Physics. -2002. — V. 91.-P. 1509-1514.

33. J.R.L. Fernandez. Optical investigation of the red band emission of CdS nanoparticles / J.R.L. Fernandez et al. // Surface Science. 2007. - V. 601. -N. 18.-P. 3805-3808. *

34. M. Ichimura. Structural and optical characterization of CdS films grown by photochemical deposition / M. Ichimura et al. // Journal of Applied Physics. 1999. - V. 85. - N. 10. - P. 7411-7417.

35. K.K. Nanda. Photoluminescence of CdS nanocrystals: effect of ageing / K.K. Nanda et al. // Solid State Commun. 1999. - V. 111. - P. 671-674.

36. S.F. Wuister. Luminescence of CdTe nanocrystals / S.F. Wuister. et al. // J. Lumin. -2003. -V. 102-103. P. 327-332.

37. Shikha Tiwari. Electrical and optical properties of CdS nanocrystalline semiconductors / Shikha Tiwari et al. // Cryst. Res. Technol. 2006. - V. 41. -N. l.-P. 78-82.

38. Y. Lin. Photonic pseudo gap - based modification of photoluminescence from CdS nanocrystal satellites around polymer microspheres in a photonic ciystal / Y. Lin et al. // Applied physics letters. - 2001. - V. 81. - P. 3134.

39. Yang Li. Synthesis and characterization of CdS quantum dots in polystyrene microbeads / Yang Li et al. // J. Mater. Chem. 2005. - V. 15. - P. 12381243.

40. Багаев E.A. Изменение оптических свойств нанокластеров CdS, полученных методом Ленгмюра-Блоджетт, при пассивации в аммиаке / Е.А. Багаев и др. // Физика и техника полупроводников. 2008. - Т. 42. -Вып. 6.-С. 718-725. ' '

41. Пивен Н.Г. Термостимулированные эффекты синтеза нанокристаллов сульфида кадмия / Н.Г. Пивен, Л.П. Щербак и др. // Конденсированные среды и межфазные границы. — 2006. Т. 8, № 4. — С. 315-319.

42. Шейкман М.К. Модель остаточной проводимости в полупроводниках и ее параметры в CdS:Ag:Cl / Шейкман М.К., Маркевич И.В., Хвостов В.А. //ФТП, 1971.-Т. 5, в. 10.-С. 1904.

43. Сандомирский В.Б. Механизм замороженной (остаточной) проводимости полупроводников / Сандомирский В.Б., Ждан А.Г., Мессерер М.А., Гуляев И. Б. // ФТП, 1973. Т. 7, в. 7. - С. 1314.

44. Фото проводящие пленки (типа CdS) / под ред. Кирьяшкиной З.И., Рокаха А.Г. — Саратовский госуниверситет, 1979. — 192 с.

45. Маркевич И.В., Шейкман М.К. // ФТТ, 1970. № 12. - С. 3136.

46. A. Henglein. Photochemistry of colloidal cadmium sulfide / A. Henglein // J. Phys. Cliem. 1982. - V. 86. - P. 2291-2299.

47. L. Brus. Electronic wave functions in semiconductor clusters: experiment and theory / L. Brus // J. Phys. Chem. 1986. - V. 90. - P. 2555-2560.

48. A. Mews, U. Banin, A.V. Kadavanich, A. P. Alvisators, B. Bunsenges // Phys. Chem.- 1997.-V. 101.-P. 1621-1625.

49. C.B. Murray. Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE (E = sulfur, selenium, tellurium) semiconductor nanocrystallites / C.B. Murray, D.J. Noris, M.G. Bawendi // J. Am. Chem. Soc. 1993. - V. 115. - P. 8706- 8715.

50. Акимов И.А." Классические (не квантовые) нанокристаллы полупроводников в органических матрицах / И. А. Акимов, И.Ю. Денисюк, A.M. Мешков // Оптический журнал. — 2001. Т. 68, № 1. — С. 18-24.

51. Rossetti R. Excited electronic states and optical spectra of ZnS and CdS crystallites in the ~ 15 to 50 A size range: Evolution from molecular to bulk semiconducting properties / Rossetti R. et al. // J. Chem. Phys. 1985. — V. 82, № l.-P. 552-559.

52. Скобеева B.M. Оптические свойства нанокристаллов сульфида кадмия, полученных золь — гель методом в желатине / В.М. Скобеева, В.А. Смынтына и другие // Журнал прикладной спектроскопии. 2008. - Т. 75, № 4. - С. 556-562.

53. Латышев А.Н. Вспышка люминесценции центров скрытого изображения хлорсеребряной фотографической эмульсии / Латышев А.Н., Кушнир М.А., Бокарев В.В. // Журн. научн. и прикл. фотограф. -1981 . Т. 26, №5. - С. 377-379.

54. Латышев А.Н. Спектры фотостимуляции вспышки люминесценции хлорида серебра / Латышев А.Н., Кушнир М.А., Бокарев В.В. // Оптика и спектроскопия. 1982. - Т. 31, №2. - С. 366-364.

55. Латышев А.Н. Фотостимулированная вспышка люминесценции и механизм люминесценции в галогенидах серебра / Латышев А.Н. и др. // Журнал научной и прикладной фотографии. 2001. - Т. 46, № 5. - С. 1317.

56. Белоус В.М. Об эффекте перераспределения электронов по уровнямtлокализации у серебряно-галоидных фосфоров и высвечивающемдействии возбуждающего света / В.М. Белоус // Оптика и спектроскопия. 1961.-Т. 11, № 3. — С. 431-433.

57. Белоус В.М. О влиянии термической обработки на формирование уровней захвата у хлористого серебра / В.М. Белоус // Оптика и спектроскопия. 1962. -Т. 13, № 3. - С. 412-415.

58. Белоус В.М. О природе и "взаимодействии" центров захвата в серебряно-галоидных фосфорах / В.М. Белоус // Журнал прикладной спектроскопии. 1966. -Т. 5, №5.-С. 210-215.

59. Бугриенко В.И. Кинетика образования фотоэлектретного состояния в хлористом серебре / В.И. Бугриенко // Физика твердого тела. 1962. - Т. 4,№ 11. - С. 3152 - 3155.

60. Белоус В.М. О влиянии инфракрасного света на люминесценцию хлористого серебра / В.М. Белоус, Н.Г. Дьяченко // Оптика и спектроскопия. 1961. - Т. 10, № 5. - С. 649 - 652.

61. Белоус В.М. О действии инфракрасного света на люминесценцию чистых и смешанных серебряно-галоидных фосфоров / В.М. Белоус, С.И. Голуб // Оптика и спектроскопия. 1962. - Т. 12, № 2. - С.271-274.

62. Кушнир М.А. Расчет кинетики затухания фотостимулированой вспышки люминесценции хлорида серебра / Кушнир М.А. // Воронеж. Гос. Ун-т. — Воронеж, 1982. 36 с. - Деп. В ВИНИТИ №1, № 848 - 82.

63. Фок М.В. Введение в кинетику люминесценции кристаллофосфоров / Фок М.В. М.: Наука, 1964. - 283 с.

64. Кюри Д. Люминесценция кристаллов / Д. Кюри. М.: Изд. ин. лит., 1961. - 199 с.

65. Кушнир М.А. Автоматизированный спектрофотометр для исследования кинетики слабых световых потоков / Кушнир М.А. // Приборы и методы спектроскопии: Тез. докл. Всесоюзн. Конф., Новосибирск. — 1979. — С. 122-124.

66. Кушнир М.А. Автоматический спектрофотометр для изучения слабой люминесценции / Кушнир М.А., Латышев А.Н. // В сб. Радиоэлектроника, -Воронеж, 1974.

67. Перцев А.Н. Одноэлектронные характеристики ФЭУ и их применение / Перцев А.Н. — М.: Атомиздат, 1971. — 77 с.

68. Смерек С.А. Компьютерный спектральный анализатор 3.10. Руководство пользователя программного продукта / Смерек С.А. Воронеж: ВГУ, кафедра оптики и спектроскопии, 2000. - 11 с.

69. Киреев П.С. Физика полупроводников / Киреев П.С. М.: Высшая школа, 1969. - 290 с.

70. Бьюб Р. Фотопроводимость твердых тел / Бьюб Р. — М.: Издат-во иностран. лит-ры, 1962. 558 с.

71. Vasa P. Photoconductivity in sputter-deposited CdS and CdS-ZnO nanocomposite thin films I Vasa P., Taneja P., Ayyub P., Singh B.P., Banerjee К // Journal Physics: Condens. Matter. 2002. - V. 14. - P. 281-286.

72. Эфрос Ал.Л. Межзонное поглощение света в полупроводниковом шаре / Эфрос Ал.Л., Эфрос А.Л. // Физика и техника полупроводников. 1982. -Т. 16, №7.-С. 1209-1214.

73. L.E. Brus. A simple model for the ionization potential, electron affinity, and aqueous redox potentials of small semiconductor crystallites / L.E. Brus // J. Chern. Phys. 1983. - V. 79. -P. 5566-5571.

74. Kirti Vishwakarma. Nano Particle Size Effect on Photoluminescence / Kirti

75. Vishwakarma, O.P. Vishwakarma // Int. Journ. of Nanotechnology and Applications.-2010.-V. 4, № l.-P. 13-9.

76. Lippens P.E. Calculation of the band gap for small CdS and ZnS crystallites / Lippens P.E., Lannoo M. // Phys. Rev. B! 1989. - V. 39. - P. 10935-10942.

77. Клюев В.Г. Фотостимулированные процессы на поверхностных дефектах широкозонных полупроводников: Дисс. докт. физ.-мат. наук. — Воронеж: ВГУ, 1998.-323 с.

78. Молева Н.А. Способ определения механизма рекомбинации в кристаллофосфорах, использующий рекомбинационное взаимодействие центров люминесценции / Молева Н.А., Клюев В.Г., Козицкая Е.П. // Вестник ВГУ, Серия: Физика, Математика. 2005. - № 2. - С. 44-50.

79. Клюев В.Г. Люминесценция микрокристаллов хлорида серебра при различных способах фотовозбуждения / Клюев В.Г., Козицкая Е.П., Молева Н.А. // ЖПС. 2005. - Т. 72, № 1. - С. 85-89.

80. Клюев В.Г. Взаимодействие центров люминесценции в трехуровневой модели кристаллофосфора при наличии разных механизмов рекомбинации / Клюев В.Г., Козицкая Е.П., Молева Н.А. // Конденсированные среды и межфазные границы. 2004. - Т. 6, № 2. - С. 156-161.

81. Косякова Е.А. Антистоксова люминесценция в микрокристаллах ZnxCdi XS с модифицированной поверхностью. Дисс. канд. физ.-мат. наук. -Воронеж: ВГУ, 2009. 181 с.

82. M.S. Smimov. Low-threshold up-conversion luminescence in ZnxCdixS with oxidate surface / M.S. Smirnov, O.V. Ovchinnikov et al. // Physica B. -2009. V.404. - P.5013-5015.

83. Смирнов M.C. Антистоксова люминесценция кристаллов ZnxCdKxS с окисленной поверхностью / Смирнов М.С., Овчинников О.В., Косякова

84. Е.А., Фам Тхи Хаи Мьен // Современные проблемы наноэлектроники, нанотехнологий, микро- и наносистем: Труды школы молодых ученых. — Ульяновск: УлГУ, 2010. с. 151-153.

85. Овчинников О.В. Антистоксова люминесценция микрокристаллов твердых растворов Zn0 7sCd0 05S, подвергнутых отжигу в присутствии кислорода / Овчинников О.В. и др. // Физика и техника полупроводников. 2009. - Т. 43, №. 3. - С. 364-368.

86. Klinskikh A. F. Modified transfer matrix method for quantum cascade lasers / Klinskikh A. F. et al. // J. Phys. B. 2008. - V. 41. - P. 161001.

87. Акимов И.А. Сенсибилизированный фотоэффект / И.А. Акимов, Ю.А.Черкасов, М.И Черкашин. М.: Наука, 1980. - 384 с.

88. L. Kirkup. Temperature dependence of photoconductive decay in sintered cadmium sulphide IL. Kirkup, I. Cherry // Eur. J. Phys. 1988. - V. 9, № 1.

89. S. Bhushan. Photoconductivity and photo luminescence studies of some chemically deposited Cd(S-Se): CdCb, Gd films / S. Bhushan, S. Agrawal, K. Deshmukh // Recent Research in Science and Technology. 2010. - V. 2(4). -P. 17-23.

90. S. Bhushan. Photoconductivity and photoluminescence studies of chemically la deposited Cd(S-Se) films / S. Bhushan, S. Agrawal, A. Oudhia // Chalcogenide Letters. 2010. - V. 7, № 3. - P. 165-174.

91. Майорова T.JI. Влияние примеси на фотопамять пиролитических пленок сульфида кадмия / Майорова Т.Л., Клюев В.Г., Фам Тхи Хаи Мьен // Конденсированные среды и межфазные границы. 2008. - Т. 10, № 4. -С. 256-260.

92. T. L. Maiorova. Specifics of Recombination Processes in Pyrolytic Cadmium Sulfide Films / T.L. Maiorova, V.G. Klyuev, Pham Thi Hai Mien, V.S. Bykovskaya // High Energy Chemistry. 2009. - V. 43, No. 7. - P. 599601.

93. Шалимова K.B. Физика полупроводников. M.: Энергия. -1971.-311 с.