Фотолюмінесценція кристалів Pb₁₋ₓCdₓJ₂ з розділенням у часі

Досліджено спектри фотолюмінесценції з розділенням у часі напівпровідникових твердих розчинів Pb₁₋ₓCdₓJ₂ з шаруватою структурою при Т = 4,2 К та 300 К. У короткохвильовій області спектру виявлено структуру, пов’язану з випроміненням вільних екситонів, що збуджуються у нанокластерах PbJ₂ різного роз...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2009
Hauptverfasser:	Фур’єр, М.С., Бейник, І.А., Скубенко, П.А., Пирятинський, Ю.П., Гнатенко, Ю.П.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2009
Schriftenreihe:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/76431
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Фотолюмінесценція кристалів Pb₁₋ₓCdₓJ₂ з розділенням у часі / М.С. Фур’єр, І.А. Бейник, П.А. Скубенко, Ю.П. Пирятинський, Ю.П. Гнатенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 2. — С. 495-504. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-76431
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-764312015-10-31T21:05:39Z Фотолюмінесценція кристалів Pb₁₋ₓCdₓJ₂ з розділенням у часі Фур’єр, М.С. Бейник, І.А. Скубенко, П.А. Пирятинський, Ю.П. Гнатенко, Ю.П. Досліджено спектри фотолюмінесценції з розділенням у часі напівпровідникових твердих розчинів Pb₁₋ₓCdₓJ₂ з шаруватою структурою при Т = 4,2 К та 300 К. У короткохвильовій області спектру виявлено структуру, пов’язану з випроміненням вільних екситонів, що збуджуються у нанокластерах PbJ₂ різного розміру. Такі нанокластери дисперґовані в досліджувану матрицю. Показано, що широка смуга фотолюмінесценції в області 2,0 еВ, ймовірно, зумовлена випроміненням екситонів, автольокалізованих поблизу нанокластерів. The time-resolved photoluminescence spectra of Pb₁₋ₓCdₓJ₂ solid solutions with layered crystal structure at 4.2 K and 300 K are investigated. The structure in the short-wavelength spectral range is revealed. It is caused by the emission of free excitons in the PbJ₂ clusters of various sizes. Such nanoclusters are dispersed in the crystal matrix. As shown, the wide photoluminescence band near 2.0 eV is possibly caused by the emission of excitons autolocalized near nanoclusters. Исследованы спектры фотолюминесценции с разделением во времени полупроводниковых твердых растворов Pb₁₋ₓCdₓJ₂ со слоистой структурой при Т = 4,2 К и 300 К. В коротковолновой области спектра проявляется структура, связанная с излучением свободных экситонов, которые возбуждены в нанокластерах PbJ₂ разного размера. Эти нанокластеры диспергированы в исследуемую матрицу. Показано, что широкая полоса фотолюминесценции в области 2,0 эВ, очевидно, обусловлена излучением экситонов, автолокализованных вблизи нанокластеров. 2009 Article Фотолюмінесценція кристалів Pb₁₋ₓCdₓJ₂ з розділенням у часі / М.С. Фур’єр, І.А. Бейник, П.А. Скубенко, Ю.П. Пирятинський, Ю.П. Гнатенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 2. — С. 495-504. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. 1816-5230 PACS numbers: 71.35.Cc,73.21.Ac,73.22.Lp,78.47.Cd,78.47.jc,78.55.Hx,78.67.Pt http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/76431 uk Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Досліджено спектри фотолюмінесценції з розділенням у часі напівпровідникових твердих розчинів Pb₁₋ₓCdₓJ₂ з шаруватою структурою при Т = 4,2 К та 300 К. У короткохвильовій області спектру виявлено структуру, пов’язану з випроміненням вільних екситонів, що збуджуються у нанокластерах PbJ₂ різного розміру. Такі нанокластери дисперґовані в досліджувану матрицю. Показано, що широка смуга фотолюмінесценції в області 2,0 еВ, ймовірно, зумовлена випроміненням екситонів, автольокалізованих поблизу нанокластерів.
format	Article
author	Фур’єр, М.С. Бейник, І.А. Скубенко, П.А. Пирятинський, Ю.П. Гнатенко, Ю.П.
spellingShingle	Фур’єр, М.С. Бейник, І.А. Скубенко, П.А. Пирятинський, Ю.П. Гнатенко, Ю.П. Фотолюмінесценція кристалів Pb₁₋ₓCdₓJ₂ з розділенням у часі Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet	Фур’єр, М.С. Бейник, І.А. Скубенко, П.А. Пирятинський, Ю.П. Гнатенко, Ю.П.
author_sort	Фур’єр, М.С.
title	Фотолюмінесценція кристалів Pb₁₋ₓCdₓJ₂ з розділенням у часі
title_short	Фотолюмінесценція кристалів Pb₁₋ₓCdₓJ₂ з розділенням у часі
title_full	Фотолюмінесценція кристалів Pb₁₋ₓCdₓJ₂ з розділенням у часі
title_fullStr	Фотолюмінесценція кристалів Pb₁₋ₓCdₓJ₂ з розділенням у часі
title_full_unstemmed	Фотолюмінесценція кристалів Pb₁₋ₓCdₓJ₂ з розділенням у часі
title_sort	фотолюмінесценція кристалів pb₁₋ₓcdₓj₂ з розділенням у часі
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate	2009
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/76431
citation_txt	Фотолюмінесценція кристалів Pb₁₋ₓCdₓJ₂ з розділенням у часі / М.С. Фур’єр, І.А. Бейник, П.А. Скубенко, Ю.П. Пирятинський, Ю.П. Гнатенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 2. — С. 495-504. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.
series	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv	AT furêrms fotolûmínescencíâkristalívpb1xcdxj2zrozdílennâmučasí AT bejnikía fotolûmínescencíâkristalívpb1xcdxj2zrozdílennâmučasí AT skubenkopa fotolûmínescencíâkristalívpb1xcdxj2zrozdílennâmučasí AT pirâtinsʹkijûp fotolûmínescencíâkristalívpb1xcdxj2zrozdílennâmučasí AT gnatenkoûp fotolûmínescencíâkristalívpb1xcdxj2zrozdílennâmučasí
first_indexed	2025-07-06T00:51:36Z
last_indexed	2025-07-06T00:51:36Z
_version_	1836856741649711104
fulltext	495 PACS numbers: 71.35.Cc, 73.21.Ac,73.22.Lp,78.47.Cd,78.47.jc,78.55.Hx, 78.67.Pt Фотолюмінесценція кристалів Pb1−xCdxJ2 з розділенням у часі М. С. Фур’єр, І. А. Бейник, П. А. Скубенко, Ю. П. Пирятинський, Ю. П. Гнатенко Інститут фізики НАН України, просп. Науки, 46, 03028 Київ, Україна Досліджено спектри фотолюмінесценції з розділенням у часі напівпрові- дникових твердих розчинів Pb1−хCdхJ2 з шаруватою структурою при Т = 4,2 К та 300 К. У короткохвильовій області спектру виявлено структу- ру, пов’язану з випроміненням вільних екситонів, що збуджуються у на- нокластерах PbJ2 різного розміру. Такі нанокластери дисперґовані в дос- ліджувану матрицю. Показано, що широка смуга фотолюмінесценції в області 2,0 еВ, ймовірно, зумовлена випроміненням екситонів, автольо- калізованих поблизу нанокластерів. The time-resolved photoluminescence spectra of Pb1−xCdxJ2 solid solutions with layered crystal structure at 4.2 K and 300 K are investigated. The struc- ture in the short-wavelength spectral range is revealed. It is caused by the emission of free excitons in the PbJ2 clusters of various sizes. Such nano- clusters are dispersed in the crystal matrix. As shown, the wide photolumi- nescence band near 2.0 eV is possibly caused by the emission of excitons autolocalized near nanoclusters. Исследованы спектры фотолюминесценции с разделением во времени полупроводниковых твердых растворов Pb1−хCdхJ2 со слоистой структу- рой при Т = 4,2 К и 300 К. В коротковолновой области спектра прояв- ляется структура, связанная с излучением свободных экситонов, кото- рые возбуждены в нанокластерах PbJ2 разного размера. Эти нанокла- стеры диспергированы в исследуемую матрицу. Показано, что широкая полоса фотолюминесценции в области 2,0 эВ, очевидно, обусловлена излучением экситонов, автолокализованных вблизи нанокластеров. Ключові слова: фотолюмінесценція, міряння з розділенням у часі, ша- руваті напівпровідники, тверді розчини, нанокластери, дефекти. (Отримано 12 листопада 2008 р.) Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2009, т. 7, № 2, сс. 495—504 © 2009 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 496 М. С. ФУР’ЄР, І. А. БЕЙНИК, П. А. СКУБЕНКО та ін. 1. ВСТУП Напівпровідникові тверді розчини (НТР) можуть розглядатись як типові модельні об’єкти для вивчення ефектів розупорядкування на електронні стани в твердих тілах. В даний час існує багато робіт, присвячених дослідженню НТР на основі напівпровідників груп АІІВVI та А ІІІВV. Слід зазначити, що ефективною методою вивчення впливу розупорядкування НТР на його енергетичну структуру є вимірювання спектрів фотолюмінесценції (ФЛ). Зокрема, це дозво- ляє одержати важливу інформацію про екситонні стани в шарува- тих кристалах та їх модифікацію в напівпровідникових твердих ро- зчинах, пов’язану з утворенням в них льокалізованих екситонних станів в результаті наявности льокальних флуктуацій періодичного поля просторового заряду. В даній роботі виконано дослідження спектрів фотолюмінесценції з розділенням у часі для НТР Pb1−xCdxJ2 (х = 0—0,70). На відміну від НТР кристалів груп А ІІВVI та А ІІІВV, у досліджуваної системи має міс- це неізоелектронне заміщення компонент складу. Це пов’язано з тим, що електронна конфіґурація валентних електронів для атомів Pb є 6s2p2, а для атомів Cd – 5s2. Для бінарних кристалів PbJ2 верхня валентна зона та нижня зона провідности, в основному, визначають- ся йонами Pb2+, в той час як для CdJ2 вершина валентної зони визна- чається йодом, а дна зони провідности – йонами Cd2+. У зв’язку з цим в НТР Pb1−xCdxJ2 екситонні стани PbJ2 безпосередньо не транс- формуються до екситонних станів CdJ2 , тобто в таких кристалах може виявлятися власне вбирання та ФЛ йонів Pb2. В спектрах ФЛ згаданих НТР може виявлятись [1] свічення, пов’язане з утворенням в них нанорозмірних кластерів PbJ2. Дослідження спектрів ФЛ з ро- зділенням у часі дозволяє ідентифікувати структуру ФЛ зумовлену таким свіченням, а також пов’язану з наявністю вільних та льокалі- зованих екситонних станів. Слід також зазначити, що напівпровідникові кристали PbJ2 з ша- руватою структурою є перспективними матеріялами для розроблення на їх основі детекторів радіаційного випромінення з великим енерге- тичним розділенням, що працюють при кімнатній температурі. Це зумовлено тим, що дані кристали є широкозонними напівпровідни- ками. На відміну від напівпровідників HgJ2, що вже знайшли широ- ке застосування, кристали PbJ2 мають більш стабільну кристалічну структуру. Слід зазначити, що такі матеріяли придатні як для розро- блення детекторів, основаних на прямому перетворенні енергії радіа- ційного випромінення в електричний сиґнал, так і сцинтиляторних детекторів. В останньому випадку використання кристалів PbJ2 до- зволяє розробити високочутливі сенсори Рентґенового та гамма- випромінення для одержання зображень досліджуваних об’єктів. В зв’язку з цим, при дослідженні кристалів PbJ2, як сцинтиляторних ФОТОЛЮМІНЕСЦЕНЦІЯ КРИСТАЛІВ Pb1−xCdxJ2 З РОЗДІЛЕННЯМ У ЧАСІ 497 матеріялів, важливим є вивчення їх люмінесцентних властивостей. Такі дослідження дозволяють також одержати інформацію щодо природи центрів, пов’язаних з процесами випромінної рекомбінації. В даному випадку важливим, окрім ефективности свічення, є також швидкодія процесів, що визначають люмінесцентні характеристики досліджуваних матеріялів. Використання твердих розчинів Pb1−xCdxJ2 дозволяє розширити спектральну область їх випромінення та покращити сцинтиляторні характеристики. 2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Спектри ФЛ кристалів PbI2 та Pb1−xCdxI2, вирощених Бріджменовою методою, вимірювались з використанням спектрального комплек- су, заснованого на монохроматорі МДР-12. Збудження спектрів ФЛ кристалів PbI2 та твердих розчинів Pb1−xCdxI2 проводилось з викори- станням азотного лазера з лінією збудження 337,1 нм. При низько- температурних вимірюваннях спектрів ФЛ зразки кристалів роз- міщувались в кріостаті. Спектральна віддільча здатність вимірю- вальної системи не перевищувала 1 см −1. На рисунку 1 наведено спектр ФЛ кристалів PbI2, одержаний при Т = 4,2 К для різних часів затримки реєстрації (τз) спектрів після їх збудження імпульсним азотним лазером. Криві 1, 2 відповідають значенням τз = 0,7 нс та 10 нс, а крива 3 – стаціонарному збуджен- ні, тобто у випадку відсутности затримки часу реєстрації спектру ФЛ. Видно, що в короткохвильовій області спектру виявляється Ін т е н с и в н іс т ь ф о т о л ю м ін е с ц е н ц ії , д о в . о д . Рис. 1. Спектри фотолюмінесценції кристалів PbJ2 при Т = 4,2 К для різних часів затримки реєстрації (криві 1 та 2 для 0,7 нс та 10 нс відпо- відно) та при стаціонарному збудженні (крива 3). 498 М. С. ФУР’ЄР, І. А. БЕЙНИК, П. А. СКУБЕНКО та ін. відносно вузька лінія з енергією 2,492 еВ (крива 3), що свідчить про те, що досліджувані кристали PbI2 належать до 2Н-модифікації. Дана лінія відповідає [2] рекомбінації екситонів, зв’язаних на ней- тральних донорах, тобто DX-лінії. Енергетичне положення цієї лі- нії дещо відрізняється для різних значень τз. Так, для τз = 0,7 та 10 нс це значення складає 2,494 еВ та 2,492 еВ, відповідно. Окрім зга- даної DX-лінії в довгохвильовій області спектру поблизу 5,100 Å (2,43 еВ) видна широка смуга ФЛ. Згідно [2] ця смуга зумовлена ре- комбінацією донорно-акцепторних пар. Для τз = 10 нс та при стаціо- нарному збудженні на довгохвильовому крилі цієї смуги з’являється інша широка смуга з енергією 2,38 еВ, яка має аналогічну природу з участю більш глибокого акцепторного рівня. Оскільки енергія фото- йонізації типового донорного рівня для кристалів PbI2 складає 10 меВ, то енергії відповідних акцепторних рівнів будуть 0,12 та 0,17 еВ, відповідно. Перший акцепторний рівень відповідає за дуже коро- ткий час рекомбінації носіїв заряду, в той час як більш глибокий ак- цепторний рівень – значно меншому часу. Широкі смуги ФЛ свід- чать про ефективну участь у процесах рекомбінації фононів з різни- ми енергіями. На рисунку 2 наведено спектри ФЛ для кристалів Pb1−xCdxI2 (х = 0,3) при Т = 300 К, які містять низку відносно вузьких ліній, бі- льшість з яких на відміну від кристалів PbI2 виявляються в більш короткохвильовій області спектру. Так, характерними є лінії ФЛ з енергіями 2,998 еВ, 2,830 еВ, 2,794 еВ і 2,618 еВ, які мають різну ін- тенсивність для кривих 1—3. Найбільш інтенсивною є лінія ФЛ з енергією 2,618 еВ. Таке положення даної лінії, очевидно, свідчить Рис. 2. Спектри фотолюмінесценції кристалів Pb1−xCdxJ2 (х = 0,3) при Т = 300 К для різних часів затримки реєстрації (криві 1 та 2 для 0,7 нс та 10 нс відповідно) та при стаціонарному збудженні (крива 3). ФОТОЛЮМІНЕСЦЕНЦІЯ КРИСТАЛІВ Pb1−xCdxJ2 З РОЗДІЛЕННЯМ У ЧАСІ 499 про зміну енергетичної структури НТР Pb1−xCdxI2 в порівнянні з біна- рними кристалами PbI2 в результаті утворення твердих розчинів. Лінія при енергії 2,448 еВ та інші лінії при менших енергіях, ймові- рно є аналогами смуги 2,43 еВ, характерної для PbI2. Слід зазначити, що у випадку стаціонарного збудження (крива 3) в довгохвильовій області спектру 2,43—1,77 еВ виявляється додаткова структура в спектрі ФЛ, що, очевидно, пов’язано з участю LO-фононів в проце- сах рекомбінації носіїв заряду. Випромінення в даній області спект- ру пов’язано з більш повільним часом рекомбінації. На рисунку 3 показано спектри ФЛ кристалів Pb1−xCdxI2 (х = 0,3) для різних часів затримки реєстрації спектру (криві 1 та 2) та при стаціонарному збудженні (крива 3), одержані при Т = 4,2 К. Видно, що для τз = 0,7 нс в спектрі ФЛ виявляється одна смуга з максимумом при енергії 2,573 еВ, яка має затягнуте низькоенергетичне крило до 2,55 еВ. Для значення τз = 10 нс дана смуга помітно трансформуєть- ся. Зокрема, максимум смуги зміщується до енергії 2,435 еВ, на ни- зько- та високоенергетичному крилах даної смуги виявляється стру- ктура, напівширина смуги збільшується. При стаціонарному збу- дженні положення максимуму смуги однакове як і для τз = 0,7 нс. Однак, виявляється сильна низькоенергетична асиметрія до 2,10 еВ та перегин в області енергії 2,30 еВ. Це свідчить про наявність пові- льної компоненти, зумовленої донорно-акцепторними переходами за участю фононів. На рисунку 4 наведено спектри ФЛ кристалів Pb1−xCdxI2 (х = 0,5) для різних часів затримки реєстрації спектру при Т = 300 К. Крива 1 відповідає значенню τз = 0,7 нс. Видно, що в короткохвильовій облас- Рис. 3. Спектри фотолюмінесценції кристалів Pb1−хCdхJ2 (х = 0,3) при Т = 4,2 К для різних часів затримки реєстрації (криві 1 та 2 для 0,7 нс та 10 нс відповідно) та при стаціонарному збудженні (крива 3). 500 М. С. ФУР’ЄР, І. А. БЕЙНИК, П. А. СКУБЕНКО та ін. ті спектру виявляється дублетна структура при енергіях 2,656 еВ та 2,605 еВ. Найбільш інтенсивною в даному спектрі є лінія з енергією 2,424 еВ, яка має сильно затягнуте короткохвильове крило з явно вираженим перегином в області 2,0 еВ. При збільшенні часу τз = 10 нс відбуваються суттєві зміни в структурі спектру. Так, в короткохви- льовій області спектру сильно зменшується інтенсивність ліній при енергії 2,656 еВ та зростає відносна інтенсивність лінії з енергією 2,605 еВ, спостерігається довгохвильове зміщення максимуму іншої лінії до значення 2,410 еВ, а також виявляється широка смуга ФЛ при енергії 2,14 еВ, яка стає найбільш інтенсивною в спектрі. У ви- падку стаціонарного збудження (крива 3) в спектрі ФЛ практично видно широку смугу з максимумом 2,14 еВ. На високоенергетичному крилі даної смуги виявляються два перегини при енергіях 2,60 еВ та 2,40 еВ, що пов’язані з сильним зменшенням інтенсивностей ліній ФЛ, які виявляються в спектрах ФЛ при наночасовому діяпазоні за- тримки їх реєстрації. Таким чином, для кристалів Pb1−xCdxI2 (х = 0,5) характерним є прояв швидкої компоненти – вузьких ліній ФЛ в ко- роткохвильовій області, а також повільної компоненти – широкої смуги в довгохвильовій області спектру. Спектр ФЛ для кристалів Pb1−xCdxI2 (х = 0,5) при Т = 4,2 К пока- зано на рис. 5. У випадку найбільш короткого часу затримки (τз = 0,7 нс) в даному спектрі ФЛ (крива 1) виявляються дві лінії з енергіями 2,712 еВ та 2,513 еВ. При τз = 15 нс короткохвильова лі- нія проявляє дублетну структуру при енергіях 2,712 еВ та 2,680 еВ. На довгохвильовому крилі цієї смуги видно дві слабкі лінії при ене- ргіях 2,617 еВ та 2,570 еВ. В низькоенергетичній області спектру Рис. 4. Спектри фотолюмінесценції кристалів Pb1−хCdхJ2 (х = 0,5) при Т = 300 К для різних часів затримки реєстрації (криві 1 та 2 для 0,7 нс та 10 нс відповідно) та при стаціонарному збудженні (крива 3). ФОТОЛЮМІНЕСЦЕНЦІЯ КРИСТАЛІВ Pb1−xCdxJ2 З РОЗДІЛЕННЯМ У ЧАСІ 501 виявляється також відносно широка смуга при енергії 2,43 еВ, на короткохвильовому крилі якої видно слабку структуру. Спектр ФЛ кристалів Pb1−xCdxI2 (х = 0,7) при Т = 300 К наведе- но на рис. 6, особливістю якого є наявність структурної широкої смуги в області 2,5—3,1 еВ, яка спостерігається в наносекундному та субнаносекундному діяпазонах, а також при стаціонарному збудженні (крива 3). Окрім того, для τз = 0,7 нс видно відносно вузьку лінію з енергією 2,443 еВ, на високоенергетичному крилі якої виявляється перегин при енергії 2,493 еВ. В довгохвильовій області даного спектру (крива 3) спостерігається слабке безструк- турне випромінення, яке продовжується до енергії 1,606 еВ. При значенні τз = 10 нс в спектрі (крива 2) видно широку смугу, мак- симум якої відповідає енергії 2,14 еВ. В даному випадку відносна інтенсивність лінії з енергією 2,443 еВ сильно зменшується і во- на виявляється у вигляді перегину на високоенергетичному кри- лі широкої смуги. При стаціонарному збудженні інтенсивність широкої смуги значно зростає (крива 3). На рисунку 7 показано спектр ФЛ кристалів Pb1−xCdxI2 (х = 0,7) при Т = 4,2 К для різних часів затримки реєстрації (криві 1 та 2 для τз = 0,7 нс та τз = 15 нс відповідно) та при стаціонарному збудженні (крива 3). Видно, що при τз = 0,7 нс спектр ФЛ (крива 1) має дві лінії при енергіях 2,814 еВ та 2,447 еВ, перша з яких має структуру у ви- гляді перегину при енергіях 2,686 еВ та 2,966 еВ. При збільшенні часу τз до 15 нс в спектрі ФЛ (крива 2), практично, виявляється одна лінія при енергії 2,418 еВ, тобто в порівнянні з попереднім спектром (крива 1) має місце довгохвильове зміщення на величину 29 меВ. В Рис. 5. Спектри фотолюмінесценції кристалів Pb1−хCdхJ2 (х = 0,5) при Т = 4,2 К для різних часів затримки реєстрації (криві 1 та 2 для 0,7 нс та 10 нс відповідно) та при стаціонарному збудженні (крива 3). 502 М. С. ФУР’ЄР, І. А. БЕЙНИК, П. А. СКУБЕНКО та ін. короткохвильовій області спектру 2,6—3,1 еВ видно свічення слабкої інтенсивности. Суттєві зміни в спектрі ФЛ мають місце при стаціо- нарному збудженні (крива 3), де визначальною стає широка смуга з енергією 2,05 еВ, в області 2,40 еВ проявляється перегин, зумовле- ний сильним відносним зменшенням інтенсивности лінії ФЛ, що ви- являється при малих значеннях τз. Окрім того, видно іншу лінію при енергії 2,778 еВ, тобто дана лінія зміщена в низькоенергетичну об- ласть по відношенню до лінії з енергією 2,814 еВ, характерної для τз = 0,7 нс (крива 1). Отже структури спектрів ФЛ кристалів Pb1−xCdxI2 свідчить про те, що в короткохвильовій області спектру виявляються лінії з досить коротким часом рекомбінації, а саме в наносекундному діяпазоні. Це вказує на те, що природа таких ліній, перш за все, пов’язана за учас- тю в процесах випромінної рекомбінації вільних чи зв’язаних на точ- кових дефектах екситонів. Особливістю НТР Pb1−xCdxI2 є можливість утворення в них малих кластерів PbI2 різних нанорозмірів, дисперґо- ваних у матрицю [1, 3] при значеннях х = 0,5. Середній розмір таких нанокластерів буде зменшуватись з ростом значення «х», а енергія збудження екситонів і, відповідно, екситонних ліній випромінення, буде збільшуватись з зменшенням розміру нанокластерів PbI2. Вихо- дячи з цього слід вважати, що широка структурна смуга (рис. 7, кри- ва 1) в області 2,6—3,1 еВ при х = 0,7, очевидно, зумовлена випромі- ненням вільних екситонів збуджених в нанокластерах. Наявність широкої смуги ФЛ, зумовленої її неоднорідним уширенням, тобто екситонним випроміненням нанокластерів PbI2 різного розміру. При пониженні температури до 4,2 К для даних кристалів в згаданій обла- Рис. 6. Спектри фотолюмінесценції кристалів Pb1−хCdхJ2 (х = 0,7) при Т = 300 К для різних часів затримки реєстрації (криві 1 та 2 для 0,7 нс та 15 нс відповідно) та при стаціонарному збудженні (крива 3). ФОТОЛЮМІНЕСЦЕНЦІЯ КРИСТАЛІВ Pb1−xCdxJ2 З РОЗДІЛЕННЯМ У ЧАСІ 503 сті спектру (рис. 6, крива 1) виявляється швидка компонента з енер- гією 2,814 еВ, а також повільна компонента з енергією 2,786 еВ (рис. 6, крива 3). Наявність цих двох компонент пов’язана з переходами за участю екситонних станів Г3 −- та Г1 −-симетрії, що походять від 3Р1- та 3Р0-станів вільного йона Pb2+. Таким чином, повільна та швидка ком- поненти ФЛ пов’язані з 3Р1- та 3Р0-станами, відповідно. Слід зазначити, що енергетична віддаль між цими станами для індивідуальних йонів Pb2+ складає 75 мeВ. При х = 0, тобто для крис- талів PbI2, величина розщеплення між Г3 −- та Г1 −-станами складає 2 меВ [1], що добре узгоджується з величиною такого розщеплення, одержаного в даній роботі для (DX)-екситонів. Для нанокластерів PbI2 величина розщеплення між 3Р1- та 3Р0-станами буде меншою ніж для індивідуальних йонів. Ця величина буде зменшуватись в міру збільшення розмірів кластерів. Наведені вище результати для х = 0,7 вказують на те, що величина такого розщеплення в даному випадку складає 28 меВ. Результати, одержані для х = 0,3 та х = 0,5 свідчать про те, що величина розщеплення складає 9 меВ та 30 меВ, відповід- но. А це в свою чергу свідчить про те, що для НТР Pb1−xCdxI2 при х = 0,5 характерними є нанокластери з величиною розщеплення біля 30 меВ. Швидка (субнаносекундна) та повільна (≈ 10 нс) компоненти виявляються для х = 0,7 також для лінії ФЛ, розташованої при енер- гії поблизу 2,40 еВ. В даному випадку величина розщеплення скла- дає 34 меВ. Для встановлення природи такого розщеплення необхід- но провести додаткові дослідження. Слід відмітити, що для х = 0,5 розщеплення лінії поблизу 2,40 еВ складає приблизно 2 меВ. Приро- да широкої смуги ФЛ в області 2,0 еВ може бути пов’язана як з реко- Рис. 7. Спектри фотолюмінесценції кристалів Pb1−хCdхJ2 (х = 0,7) при Т = 4,2 К для різних часів затримки реєстрації (криві 1 та 2 для 0,7 нс та 15 нс відповідно) та при стаціонарному збудженні (крива 3). 504 М. С. ФУР’ЄР, І. А. БЕЙНИК, П. А. СКУБЕНКО та ін. мбінацією донорно-акцепторних пар з участю глибокого акцептор- ного рівня (ЕV + 0,42 еВ), так й з можливою автольокалізацією екси- тонів поблизу кластерів [4]. На користь останнього припущення сві- дчить те, що для кристалів Pb1I2 та Pb1−xCdxI2 з великим вмістом Pb (> 0,5) дана полоса в спектрі ФЛ практично не виявляється. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. P. Gu, M. Watanabe, and T. Hayashi, J. Phys. Soc. Jpn., 63, No. 11: 4450 (1995). 2. М. С. Фур’єр, П. А. Скубенко, І. А. Бейнік та ін., Нові технології, 2: №20: 62 (2008). 3. A. Ishibashi, M. Watanabe, and T. Hayashi, J. Phys. Soc. Jpn., 62, No. 5: 1767 (1993). 4. P. Gu and T. Hayashi, J. Phys. Soc. Jpn., 66, No. 3: 868 (1997).

Фотолюмінесценція кристалів Pb₁₋ₓCdₓJ₂ з розділенням у часі

Institution

Ähnliche Einträge