Влияние примесей на физико-химические свойства селенида цинка

курсовая работа

2.4.3 Влияние примеси железа на люминесцентные свойства селенида цинка

Рассмотрим спектры фотолюминесценции в диапазоне температур от 77К до 300К. Спектры нелегированных кристаллов при температуре 77 K, возбуждаемые азотным лазером с длинной волны 337 нм, характеризуются двумя полосами излучения на 2,54 и 2,77 эВ представленных на рисунке 8 (кривая 1). [19] Полоса излучения 2,54 связана с нейтральными центрами кислорода (ОSe), энергия активации которых составила 0,13 эВ. Полоса на 2,77 эВ связана с экситонным излучением, которые локализованы на нейтральных вакансиях цинка. [20]

Рис. 8. Спектры фотолюминесценции (1,2) и поглощения (3) кристаллов ZnSe (1) и ZnSe: Fe2+ (2,3).

При легировании кристаллов селенида цинка железом эти полосы смещаются в область меньших энергий (кривая 2), при этом величина смещения полосы равна изменению ширины запрещенной зоны в зависимости от концентрации железа в ZnSe.

В длинноволновой области спектра легирование кристаллов приводит к возникновению серии линий излучения на 1,74; 1,82; 1,89; 1,97; 2,04; 2,14; 2, 20; 2,28; 2,33; 2,38 и 2,44 эВ (кривая 2). С увеличением концентрации железа, интенсивность линий излучения увеличивается, но положение остается неизменным. [20]

На рисунке 8 (кривая 3) приведен спектр поглощения кристаллов селенида цинка, легированного железом при температуре 77K, содержащий линии, который коррелирует с исследуемыми линиями излучения. Величина стоксового смещения линий люминесценции относительно соответствующих линий поглощения составляет 20-60мэВ. Таким образом, относительная интенсивность люминесценции легированных кристаллов значительно зависит от энергии квантов возбуждающего света, это представлено на рисунке 9 (кривые 1-3).

Люминесценция с наименьшей интенсивностью возбуждается светодиодом с энергией 3,1 эВ, а максимальная интенсивность излучения может быть получена при возбуждении светодиодами с энергией в максимуме излучения 2,69 и 2,25 эВ (кривые 2,3). Это говорит о том, что зона - зонное возбуждение длинноволновой люминесценции кристаллов ZnSe: Fe2+ является малоэффективным и при изменении энергии возбуждающего света положение максимумов полос излучения не меняется. Так же при уменьшении энергии возбуждающего света в спектре люминесценции возрастает удельный вес низкоэнергетических полос, что характерно для внутрицентровой люминесценции. [20]

Рис. 9. Спектры фотолюминесценции кристаллов ZnSe: Fe. (Eex=3,1 эВ (1), 2,69эВ (2), 2,25 эВ (3), Т=77 К).

С повышением температуры от 77 до 300 K интенсивность всех линий излучения уменьшается, а положение их максимумов остается неизменным. Такая же ситуация наблюдалась при изменении температуры у соответствующих линий поглощения. Это говорит о том, что исследуемые линии оптического поглощения и люминесценции характеризуются внутрицентровыми оптическими переходами, которые происходят пределах иона железа. [19]

2.4.4 Влияние примеси кобальта на фотопроводимость селенида цинка

Фотопроводимость ZnSe: Co2+ изучали в диапазоне энергий 2,3 до 2,8 эВ. Спектр фотопроводимости легированного селенида цинка (1) и нелегированного (2) показан на рисунке 11.

Рис. 11. Спектр фотопроводимости ZnSe: Co2+ (1) и ZnSe (2).

Нелегированный кристалл показал, что линия в спектре достигла максимума в 2,65 эВ при 300 К. Эта полоса обусловлена межзонным оптическим переходом. Как видно из спектра, что внедрение кобальта приводит к дополнительной полосе, расположенной в той же области спектра, что и L, M, N полосы поглощения (2,30 до 2,55 эВ). Стоит отметить, что полоса в спектре типичная кобальту не наблюдается при 77 К.

Эти результаты доказательство того, что фотопроводимость в диапазоне 2,30-2,55 эВ обусловлена оптическими переходами электронов из основного состояния 4A2 (F) кобальта в возбужденное состояние 2T1 (H) с последующим тепловым переходам с уровней расщепленных возбужденных состояний в зоне проводимости. [21]

На основе оптических и электрофизических исследований, была составлена схема (рисунок 12.) электронных переходов в кристалле, легированного кобальтом.

Рис. 12. Схема электронных переходов в кристалле ZnSe: Co2+.

L, M, N полосы поглощения кобальта связаны с 1-3 переходами электронов из основного состояния 4A2 (F) на расщепленные уровни возбужденного состояния 2T1 (H). Линии поглощения в ближней ИК-области связаны с переходами 4-6 с уровней основного состояния в расщепленные уровни возбужденного состояния 2T1 (P).

Линии поглощения при 0,75 и 0,83 эВ обусловлены переходами 7 и 8 из уровней основного состояния в расщепленные уровни возбужденного состояния 2Т1 (F). Полоса в дальней ИК-области при 0,43 эВ обусловлена переходом 9 из основного состояния до ближайшего возбужденного 4T2 (F).

Фотопроводимость ZnSe: Co2+ в диапазоне 2,30-2,55 эВ обусловлена оптическими переходами электронов из основного состояния 4A2 уровней (F) кобальта в возбужденное состояние 2T1 уровней (H) с последующим тепловым переходам с уровней расщепленных возбужденных состояний в зоне проводимости. [21]

Таким образом, ZnSe: Co2+ проявляет фотопроводимость при облучении светом от 2,3 до 2,8 эВ энергии кванта. Фотопроводимость обусловлена оптическими переходами из основного состояния 4А2 (F) уровень иона Со2+ в возбужденное состояние 2T1 (H) уровней вблизи полосы с последующим термическим переходами электронов в зону проводимости. Схема электронных переходов в исследуемых кристаллах было определена, которая иллюстрирует процессы поглощения и фотопроводимости.

Делись добром ;)