Исследование зависимости интенсивности люминесценции пленок оксида цинка от уровня фотовозбуждения при наличии поверхностного плазмонного резонанса.

89% уникальности при проверке через сайт antiplagiat
16 источников литературы
Москва, 2016г
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»

Данная работа является отчетом по исследованию влияния локализованных поверхностных плазмонов (ЛПП) на люминесценцию и случайную лазерную генерацию микро- и наноструктур оксида цинка. Поставленная задача- выяснение механизма воздействия ППР на излучение оксида цинка, решалась с помощью анализа зависимости интенсивности излучения от уровня возбуждения. ...

1.1. Объект исследования

Объектами исследования являлись различные структуры пленок оксида цинка. Оксид цинка является прямозонным полупроводником с шириной запрещённой зоны 3,36 эВ. При комнатной температуре (КТ) рекомбинация экситонов (энергия связи ~ 59 мэВ) в оксиде цинка влечет за собой УФ излучение в области 380-390 нм с собственным временем жизни, как правило, менее 200 пс.
ZnO обладает следующими физическими свойствами:i
1. Ширина запрещенной зоны: 3.32- 3.37 эВ;
2. Энергия связи экситона: ~ 59 мэВ;
3. Молекулярный масса: 87,37 г/моль;
4. Цвет: белый;
5. Плотность: 5,607 г/см3;
6. Температура плавления:
6.1. При атмосферном давлении :1200 °С;
6.2. При повышенном давлении может достигать 1975 °С.
Электрические свойства нелегированной пленки ZnO n-типа проводимости определяются формированием собственных дефектов. Фоновая концентрация зарядов составляет – . Подвижность электронов нелегированной пленки ZnO зависит от метода выращивания и находится в пределах 120-440 при комнатной температуре. Высокая концентрация зарядов достигается легированием n- и p-типа и для электронов может составлять ~ , , для дырок ~ . Подвижность зарядов легированной пленки ZnO ниже по сравнению с такой же нелегированной пленкой, вследствие механизмов рассеивания зарядов: рассеивание ионизированной примесью, полярное рассеивание оптическими фононами, рассеивание акустическими фононами (через потенциалы искажения и пьезоэлектрических взаимодействий). Стандартное значение подвижности при комнатной температуре для низколегированных материалов n- и p-типа составляет 200 и 5-50 1 соответственно. Дырочная подвижность намного меньше подвижности электрона из-за различий в эффективных массах и механизмов рассеивания зарядов.
Пьезоэлектрические свойства ZnO применяются в различных устройствах: в сенсорах воздействия, резонаторах акустических волн, акустооптических модуляторах и т.д. Происхождение пьезоэлектрических свойств оксида цинка обусловлено его кристаллической структурой, в которой атомы кислорода и атомы цинка соединены в форме тетраэдра. В такой нецентросимметричной структуре центр положительного или отрицательного заряда может быть смещен вследствие внешнего давления, вызывающего искажения кристаллической решетки. Эти искажения приводят к формированию локальных дипольных моментов.
Таким образом, макроскопический дипольный момент проявляется по всему кристаллу. Фактически, среди тетраэдральных полупроводников ZnO имеет самый большой тензор, который является причиной большой электромеханической связи.
Другой эффект, вызванный нецентросимметричной кристаллической структурой ZnO – это спонтанная поляризация и полярная грань кристалла. Кристаллическая структура ZnO может быть изображена в виде тетраэдрально соединенных между собой атомов кислорода и цинка. Эти тетраэдры располагаются вдоль определенного направления, вдоль которого из-за эффекта спонтанной поляризации положительный заряд и вытесняется отрицательным зарядом. Конечный результат этого процесса – образование полярной грани ZnO. Для достижения минимизации энергии, заряженная плоскость сворачивается в одиночное нанокольцо и формируется структура нанокатушки индуктивности

Интерес к оксиду цинка диктуется перспективами его использования для создания полупроводниковых лазеров и светодиодов в ультрафиолетовой области спектра. Большая энергия связи экситонов (~60 мэВ) позволяет получать интенсивное УФ свечение ZnO при комнатной температуре и выше (до 550 K). ZnO далеко не единственный широко-зонный полупроводник задействованный в этой области (например нитрид галия GaN), однако технологии выращивания оксида цинка несколько проще, чем нитрида галлия, что сказывается на стоимости приборов, работающих на этих полупроводниках. Высококачественные пленки оксида цинка можно получить при относительно невысоких температурах (ниже 700К), в то время как для выращивания GaN необходима температура порядка 900К. Большая энергия связи экситона обеспечивает существование краев ой экситонной люминесценции при комнатной и более высокой температурах, т.к. значение энергии связи экситона (~60 мэВ) превышает энергию, соответствующую комнатной температуре, в 2.4 раза ( = 25 мэВ). Оксид цинка является также химически стабильным и нетоксичным материалом, что существенно облегчает работу с ним. Кроме всего вышеперечисленного ZnO имеет такую же кристаллическую структуру, что и GaN, и может быть использован в качестве подложки для эпитаксиального роста высококачественных GaN плёнок