WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 3 Оптические свойства ультрадисперсных частиц CdSexTe1-x (0 x 1) в матрице силикатного стекла © И.В. Боднарь, В.С. Гурин+, А.П. Молочко, Н.П. Соловей, П.В. Прокошин, К.В. Юмашев Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Минск, Белоруссия + НИИ физико-химических проблем Белорусского государственного университета, 220080 Минск, Белоруссия Международный лазерный центр при Белорусской государственной политехнической академии, Минск, Белоруссия (Получена 30 мая 2001 г. Принята к печати 11 июля 2001 г.) Ультрадисперсные частицы состава CdSex Te1-x (0 x 1) были сформированы в матрице силикатного стекла путем введения соответствующих готовых соединений в смесь SiO2 и оксидов Ca, Na, K, Li. Первоначально образующиеся частицы среднего размера 10–15 нм увеличиваются в 2–3 раза при дополнительной термообработке стекол; спектры оптического поглощения заметно изменяются только в случае твердых растворов CdSexTe1-x (x = 0.8или0.4), но не в случае бинарных соединений CdSe и CdTe. Все синтезированные стекла обнаруживают схожие полосы люминесценции в видимой области. Наблюдаемые закономерности интерпретируются в предположении разделения двух кристаллических модификаций (вюрцита и сфалерита) при термообработке стекол, активированных твердыми растворами.

1. Введение время как для CdS и CdSe более устойчива гексагональная (вюрцит) [15]. Квантово-размерные эффекты Интерес к исследованию новых оптических материдля CdTe выражены в наибольшей степени в рассмаалов, содержащих ультрадисперсные частицы полупротриваемом ряду халькогенидов в связи с большим боводников, не ослабевает, несмотря на многие проведенровским радиусом экситона (aB = 7.5 нм для CdTe и ные работы в этой области. Это обусловлено разнообраaB = 5.4нм для CdSe [16]) и малыми эффективными зием оптических свойств, которые возникают вследствие массами электронов (0.11me для CdTe и 0.13me для присутствия наночастиц полупроводников, проявляющих CdSe [15]). Указанные обстоятельства обусловливаразмерно-зависимые физические свойства [1–5]. Оптичеют актуальность исследований стекол, активированных ские характеристики подобных материалов находятся в наночастицами CdTe, CdSe и их твердых растворов.

прямой зависимости от природы полупроводника, разСледует указать также, что основным методом получемера частиц, характера локализации их в стеклянной ния таких стекол является сплавление шихты, содерматрице и могут иметь характерные полосы в широкой жащей основу стеклообразной матрицы (оксиды кремобласти спектра: от ультрафиолетового до ифракрасного ния и щелочных металлов, другие стеклообразующие (ИК) диапазона [1,2,6–8].

компоненты), с оксидом кадмия и селеном/теллуром, а Силикатные стекла, активированные соединениями образование халькогенидов происходит в течение опеAIIBVI, в частности халькогенидами кадмия, перекрыварации отжига в восстановительной атмосфере [17–24].

ют видимую область спектра и используются для изИспользуемый нами метод приготовления стекол, актиготовления промышленных светофильтров. Кроме того, вированных CdSexTe1-x, состоит во введении готовых соответствующие соединения кадмия являются достаточсоответствующих соединений в шихту, состав которой но устойчивыми, инертными по отношению к стеклу, допускает их достаточную растворимость [25–27]. Таи их полупроводниковые свойства достаточно хорошо кой метод оказался плодотворным при формировании изучены. Несмотря на детальные исследования условий стекол с тройными соединениями и их твердыми расформирования полупроводниковых нанокристаллов этотворами CuMX2, где X = S, Se, Te, а M — элемент го класса в стеклах [3–5,9–14], полнота понимания их группы IIIa Периодической системы. В случае тройных оптических свойств отсутствует вследствие многочиссоединений контролируемое осуществление химической ленных факторов, изменяющих состояние нанокристалреакции халькогенидов с оксидами металлов в процессе лов и стеклянной матрицы. Среди халькогенидов кадотжига затруднительно, так как оксиды меди и IIIaмия наименее изученным является теллурид и твердые металлов имеют заметно различающуюся реакционную растворы на его основе. CdTe как по кристаллической способность.

структуре, так и по химическому поведению заметно Цель настоящей работы — исследование условий форотличается от CdSe и CdS, и от твердых растворов мирования в матрице силикатного стекла ультрадисперсCdSexTe1-x следует ожидать поведения, отличного от ных частиц полупроводниковой фазы CdSex Te1-x (при поведения системы Cd–S–Se. Так, например, наиболее характерной при обычных условиях кристаллической изменении величины x от 0 до 1), их микроструктуры решеткой CdTe является кубическая (сфалерит), в то и оптических свойств.

318 И.В. Боднарь, В.С. Гурин, А.П. Молочко, Н.П. Соловей, П.В. Прокошин, К.В. Юмашев 2. Экспериментальная часть инерционным охлаждением. Температура отжига выбиралась исходя из температуры размягчения стекол — Исследуемые активированные материалы пригота693 K.

вливались на основе стеклянных матриц в системе Рентгенографическое исследование порошкообразных SiO2-CaO-M2O (M = Li, Na, K), которые отличаются полупроводников выполнялось на дифрактометре высоким оптическим пропусканием в видимой и ИК YZG4A на CuK-излучении с Ni-фильтром областях спектра. Край их собственного поглощения ( = 0.154 нм).

расположен вблизи длины волны = 300 нм. ИсследоваИсследование микроструктуры осуществлялось метония, проведенные нами ранее [25–27] по синтезу стекол, дом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) легированных тройными полупроводниковыми соединена электронном микроскопе УЭМВ-100ЛМ путем прониями AIBIIICVI и их твердыми растворами, позволили смотра ”угольных реплик с извлечением”, снимаемых оптимизировать состав стеклянных матриц, улучшить с поверхности свежетравленых образцов стекол, на коих технологические характеристики и снизить темпеторые напылялась угольная пленка толщиной 10–20 нм.

ратуру синтеза до (1620±10) K. Достаточно высокие Оптические спектры стекол снимались для полировантемпературы плавления соответствующих соединений ных образцов толщиной 0.25–0.5 мм на спектрофото(> 1623 K для CdSe и 1314 K для CdTe), их устойчивость метрах SpecordM40 и CARY-17D, спектры люминесцени инертность по отношению к стеклу обосновывают ции — на флюориметре Fluoromax-2.

возможность непосредственного введения CdSe и CdTe в стеклянные матрицы в диспергированном виде. Несмотря на полную прозрачность таких стеклянных матриц 3. Результаты и обсуждение (без полупроводника) в видимой области спектра, их состав оказывает заметное влияние на оптические свойства Появление характерной окраски стекол в результате полупроводниковых нанокристаллов, локализованных в введения в шихту указанных полупроводниковых соних. В частности, имеет существенное значение тип каединений уже являлось свидетельством формирования тиона щелочного металла, который оказывает различное активированных стекол используемым методом, однако поляризующее воздействие на вводимые компоненты.

присутствие соединений в таком малом количестве не Частицы полупроводника имеют тенденцию концентриприводило к изменениям в обычных для стекол рентгероваться на участках стеклянной матрицы, обогащенных нограммах, содержащих только лишь широкое гало от ионами щелочных металлов [28], и можно предположить, аморфной стеклянной матрицы.

что в случае стеклянной матрицы с тремя щелочными Данные ПЭМ (рис. 2) однозначно свидетельствуют оксидами могут быть более благоприятные условия для об образовании частиц твердой фазы внутри стеклянной зарождения и роста нанокристаллической фазы полупроматрицы, которые обусловливают изменение оптических водника.

характеристик. Наблюдаемые частицы имеют средние Кристаллические соединения CdSexTe1-x были синтеразмеры в интервале 10–15 нм, которые мало зависят зированы из элементов в однозонной вертикальной печи от состава твердого раствора CdSex Te1-x. Частицы с последующим длительным (150–300 ч) термическим локализуются в характерных ликвационных областях, отжигом для гомогенизации. Кристаллическая структукоторые наблюдаются обычно в стеклах при наличии ра синтезированных кристаллов была идентифицироваобразований другого химического состава.

на рентгенографически. На рис. 1 приведен набор диВ результате дополнительной термообработки стекол фрактограмм для используемых соединений в сравнении при 550 и 600C (оптические характеристики при этом с литературными данными для некоторых модификаций несколько изменяются, см. далее) размер частиц возраCdTe, CdSe и Te (незначительные количества последнего стает в среднем в 2–3 раза, а концентрация практически отмечаются в теллурсодержащих препаратах). Примене изменяется. Это связано с особенностями формичательно, что превращение гексагональной модификарования наночастиц в стеклянной матрице указанным ции (вюрцит), более характерной для CdSe, в кубичеметодом. В процессе охлаждения расплава происходит скую (сфалерит), происходит только при соотношении непрерывное зародышеобразование с одновременным [Te]/[Se] 4.

ростом нанокристаллов, приводящее к резкому уменьшеВарка стекол с добавлением указанных полупроводнию фактора пересыщения. Такой тип роста характерен никовых соединений, вводимых в количестве 0.75 вес%, для стадии коалесценции частиц [30,31]. В связи с этим осуществлялась в корундовых тиглях в газопламенной печи в восстановительных условиях. Для предотвраще- вокруг растущего зародыша нанокристалла образуется обедненная зона, где пересыщение мало, вероятность ния окисления полупроводниковых соединений в шихту возникновения новых зародышей резко падает, и процесс вводили активированный уголь (2вес%). Температура синтеза в зависимости от состава стекла составляла роста прекращается. Частицы достигают определенного (1620 ± 20) K с выдержкой при максимальной темпе- размера. Расчеты, проведенные в работе [32], показываратуре в течение 1 ч. Расплавы после синтеза резко ют, что при переходе от стадии роста к коалесценции охлаждались и подвергались отжигу с последующим в этих условиях средний радиус частиц стабилизируется.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Оптические свойства ультрадисперсных частиц CdSex Te1-x (0 x 1) в матрице... Рис. 1. Набор рентгенограмм кристаллических соединений ряда CdSexTe1-x с различным x, используемых для синтеза активированных стекол, (a) в сравнении со штрих-рентгенограммами данных JCPDS [29] (b).

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 320 И.В. Боднарь, В.С. Гурин, А.П. Молочко, Н.П. Соловей, П.В. Прокошин, К.В. Юмашев Рис. 2. Микрофотографии частиц, сформированных в образцах стекол, активированных CdSex Te1-x с различным x без дополнительной термообработки (a, d, g, j) и после термообработки (в течение 6 ч) при температурах 550 (b, e, h, k) и 600C (c, f, i, l).

(a–c) —CdSe; (d–f ) —CdSe0.8Te0.2; (g–i)–CdSe0.4Te0.6 (j–l) — CdTe. Увеличение 40 000.

Таким образом, в процессе дополнительной термооб- мирования ультрадисперсных частиц при данном методе работки, вероятно, не происходит образования новых получения активированных стекол включает диспергичастиц, и результирующая концентрация их практически рование кристаллического материала, его расплавление совпадает с концентрацией, сформированной в процессах и растворение в стекле при высокой температуре с повысокотемпературного синтеза и охлаждения расплава. следующей кристаллизацией при охлаждении. Учитывая При этом можно заметить, что собственно процесс фор- указанные выше температуры плавления CdSe и CdTe, Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Оптические свойства ультрадисперсных частиц CdSex Te1-x (0 x 1) в матрице... Рис. 3. Спектры пропускания T в длинноволновой части спектра стекол, активированных CdSex Te1-x с различным x, без дополнительной термообработки (сплошная линия) и после термообработки (в течение 6 ч) при температурах 550 (штриховая) и 600C (точечная): a —CdSe, b —CdSe0.8Te0.2, c —CdSe0.4Te0.6, d — CdTe. Толщина образцов стекол — 0.5 мм.

можно полагать, что твердая фаза частиц присутствует (в шкале оптической плотности D для видимой области в процессе охлаждения расплава, и частицы наимень- спектра). Такое раздельное представление спектров для ших размеров успевают вырасти, вследствие чего мы двух областей длин волн необходимо в связи с тем, что не наблюдаем фракции частиц размером менее 10 нм. оптическая плотность при одинаковой толщине стекла Эффект от термообработки для исследуемых активиро- в исследуемом спектральном диапазоне различается в ванных стекол также невелик, так как внутри стеклянной несколько раз, и поэтому для выявления структуры спекматрицы отсутствует материал для дальнейшего роста тра поглощения использовались образцы стекол разной частиц, в отличие от традиционных методов формиро- толщины (0.5 и 0.25 мм для данных на рис. 3 и вания частиц состава CdS–CdSe–CdTe в стеклах, когда соответственно).

оксид кадмия в матрице имеется после первичного спла- Выраженных полос поглощения в образцах с нановления и реагирует с халькогенидом при дополнительной частицами CdSe и CdSe0.8Te0.2 до термообработки нет термообработке. Таким образом, стекла исследуемого (рис. 3, a, b; рис. 4, a, b): спектры — пологие, с обычным типа более стабильны, сохраняют свою микроструктуру, для стекол монотонным повышением поглощения в стои можно ожидать проявления большей стабильности рону более коротких длин волн. После термообработки оптических свойств. образцов CdSe0.8Te0.2 (но не CdSe) появляется максимум Спектры поглощения серии исследуемых стекол непо- около = 555 нм (рис. 4, b). Схожие по форме и положесредственно после варки и после дополнительной термо- нию максимумы в образцах CdTe и CdSe0.4Te0.6 имеются обработки при 550–600C показаны на рис. 3 (в шкале и до, и после термообработки (рис. 4, c, d), инаблюдается пропускания T для ближней ИК области) и на рис. 4 также заметное различие в ходе кривых пропускания в 5 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 322 И.В. Боднарь, В.С. Гурин, А.П. Молочко, Н.П. Соловей, П.В. Прокошин, К.В. Юмашев Рис. 4. Спектры поглощения (оптической плотности D) стекол, активированных полупроводниками CdSexTe1-x с различным x, без дополнительной термообработки (сплошная линия) и после термообработки (в течение 6 ч) при температурах 550 (штриховая) и 660C (точечная): a—CdSe, b —CdSe0.8Te0.2, c —CdSe0.4Te0.6, d — CdTe. Толщина образцов стекол — 0.2 мм.

Pages:     || 2 | 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.