WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 4 Возбуждение люминесценции автолокализованных экситонов при рекомбинации френкелевских дефектов в BeO © С.В. Горбунов, В.Ю. Яковлев Уральский государственный технический университет, 620002 Екатеринбург, Россия Томский политехнический университет, 634034 Томск, Россия E-mail: zats@dpt.ustu.ru (Поступила в Редакцию 14 апреля 2004 г.

В окончательной редакции 6 августа 2004 г.) Представлены данные по изучению поляризованной люминесценции и короткоживущего оптического поглощения (КОП), наводимых в кристаллах оксида бериллия при импульсном электронном облучении.

Экспоненциальные стадии с временем затухания = 6.5 ms обнаружены в полосах люминесценции при 4.0, 5.0 и 6.7 eV, совпадающих по спектральным и поляризационным свойствам с люминесценцией автолокализованных экситонов (АЛЭ) двух типов. Эффективность образования центров с временем распада 6.5 ms сопоставима с эффективностью образования триплетных АЛЭ. Характер кинетики и времен затухания КОП данных центров не зависит от флюенса электронов и обусловлен мономолекулярным процессом рекомбинации. Установлено, что спектры центров КОП с временем затухания 6.5 ms подобны спектрам дырочных центров V -типа и дырочных компонент АЛЭ. Обсуждается механизм процессов, в соответствии с которым рекомбинация близких пространственно-коррелированных френкелевских пар, Be+- и V -центров проявляется в виде экспоненциального компонента с временем затухания 6.5 ms в люминесценции АЛЭ двух типов в BeO.

1. Введение для АЛЭ I и АЛЭ II различна. В кинетике затухания КОП в области дырочного компонента АЛЭ I кроме стадии, обусловленной временем жизни АЛЭ I, наблюСуществование в оксиде бериллия двух различных далась экспоненциальная стадия с временем релаксации типов автолокализованных экситонов (АЛЭ) было об = 6.5 ms. По данным [5], этот компонент связывался наружено ранее с использованием люминесцентных мес образованием и распадом автолокализованных дырок.

тодов исследования [1,2]. Проявление двух типов АЛЭ Тот же экспоненциальный компонент с = 6.5ms был обусловлено наличием двух видов связей в вюрцитной обнаружен в кинетике затухания люминесценции в обрешетке BeO: Be-Oaxial и Be-Onon-axial, направленных ласти 4.0 eV [6]. Он был интерпретирован как излучапараллельно и под углом 109 относительно оптической тельные переходы из расщепленного в кристаллическом оси C кристалла соответственно. Параметры люминесполе низкой симметрии триплетного состояния АЛЭ II.

ценции, времен затухания и поляризации позволили Таким образом, полученные в [5,6] противоречивые авторам [1,2] связать полосы при 6.7 и 4.0 eV с триданные о центрах, связанных с компонентом 6.5 ms, не плетными и синглетными „аксиальными“ АЛЭ (в дальпозволили достаточно точно установить их природу.

нейшем АЛЭ I). Свечение при 4.9 eV было отнесено к триплетным „неаксиальным“ АЛЭ (в дальнейшем В настоящей работе проведен поиск компонента киАЛЭ II). нетики затухания с = 6.5 ms в люминесценции АЛЭ.

В результате анализа данных по люминесценции и КОП Структура обоих типов триплетных АЛЭ в BeO установлены закономерности возбуждения люминесценбыла изучена в дальнейшем с помощью метода имции двух типов АЛЭ, связанные с образованием и рекомпульсной абсорбционной спектроскопии с временным бинацией близких, пространственно-коррелированных разрешением при возбуждении электронными пучками катионных френкелевских пар дефектов BeO.

наносекундной длительности [1,3]. В спектре короткоживущего оптического поглощения (КОП) АЛЭ I и АЛЭ II была обнаружена полоса при 1.7 eV, связанная 2. Экспериментальная техника с оптическими переходами в электронном компоненте экситона. По данным [3] было сделано заключение, что электронные компоненты обоих типов триплетных АЛЭ Исследования выполнены на номинально чистых криимеют одинаковую структуру. Как показали недавние сталлах BeO, выращенных методом Чохральского–Кироисследования АЛЭ в BeO методом оптически детектиру- пулоса из раствора оксида бериллия в расплаве вольфемого магнитного резонанса [4], электронный компонент рамата натрия [7]. Уровень характерных примесей Li, АЛЭ частично локализован на s-состояниях бериллия. B, Mg, Al, Zn не превышал 10 ppm. Оптические измеВ области спектра КОП АЛЭ при E > 2eV были обна- рения в спектральной области 1.0-6.0 eV проведены ружены переходы в дырочном ядре, структура которого при температурах 80-300 K на установке импульсной 604 С.В. Горбунов, В.Ю. Яковлев абсорбционной и люминесцентной спектроскопии с наносекундным временным разрешением [8]. Для воз буждения использовался импульсный ускоритель электронов ГИН-600 с параметрами пучка: Ee = 0.25 MeV, W = 0.02-0.5J/cm2, tpulse = 10-8 s. Дополнительные исследования спектров оптического поглощения в поляризованном свете и поляризованной люминесценции выполнены с помощью призмы Рошона. Степень поляризации люминесценции определялась как P =(I - I)/(I + I), где I и I — интенсивность люминесценции параллельно и перпендикулярно оптической оси C кристалла BeO соответственно.

3. Экспериментальные результаты и обсуждение Рис. 1. Спектр люминесценции, измеренный при 80 K с заВ кинетике затухания люминесценции в области держкой 15 ms после окончания импульса электронного облу3.0-6.0 eV наряду с компонентами, обусловленными чения.

излучательной релаксацией двух типов АЛЭ (см. таблицу), обнаружена экспоненциальная стадия с временем затухания = 6.5 ms. На рис. 1 представлен наведенный импульсом электронов при 80 K спектр катодолюминес- Кроме полос люминесценции при 4.0 и 6.7 eV, отнесенных к синглетным и триплетным АЛЭ I, в спекценции (КЛ) BeO, измеренный с временной задержкой td = 15 ms для исключения влияния на несколько поряд- тре КЛ компонента с = 6.5 ms наблюдается полоса с максимумом при 5.0 eV. Степень поляризации в области ков более интенсивной люминесценции АЛЭ. Как видно около 4.7 eV оказалась равной P = -0.30 ± 0.10. Эта из результата разложения на гауссовы составляющие, величина немного отличается от степени поляризации спектр КЛ компонента с = 6.5 ms состоит из трех люминесценции триплетных АЛЭ II (см. таблицу) изполос. Полоса при 4.0 eV, имеющая степень поляризации P =+0.64 ± 0.03, совпадает по спектральным и поляри- за вклада в этой области положительно поляризованной люминесценции при 4.0 eV. Спектральные и позационным параметрам с люминесценцией синглетных ляризационные характеристики полосы люминесценции АЛЭ I (см. таблицу). В области спектра при E > 5.5eV наблюдается резкий рост интенсивности люминесцен- при 5.0 eV с временем затухания 6.5 ms позволяют предположить связь этой полосы с люминесценцией ции. Как видно из рис. 1, спектральное поведение в этом диапазоне „инерционной“ стадии люминесценции хоро- триплетных АЛЭ II.

шо согласуется со спектральной зависимостью длин- Подтверждением приведенных выше выводов являноволнового спада полосы 6.7 eV триплетных АЛЭ I. ются полученные температурные зависимости времен При этом степень поляризации свечения с временем релаксации и начальной интенсивности полос люминесрелаксации 6.5 ms при 6.0 eV, равная -0.70 ± 0.05, прак- ценции компонента с = 6.5ms (рис. 2). Как видно, тически идентична таковой для люминесценции трип- закономерности поведения данных зависимостей совлетных АЛЭ I (см. таблицу). Следует отметить, что падают: при T > 100 K наблюдается укорочение вреинтенсивность люминесценции медленного компонента, мен затухания и одновременное увеличение начальпри гауссовой аппроксимации в область максимума ной интенсивности с одинаковой энергией активации полосы 6.7 eV на два порядка превышает интенсивность Ea = 120 ± 10 meV. Данное температурное поведение люминесценции при 4.0 eV. предполагает, что вклад компонента с = 6.5ms в светосумму, высвечиваемую в полосах люминесценции при 4.0, 5.0 и 6.7 eV, является величиной постоянной.

Спектрально-кинетические и поляризационные свойства люмиТаким образом, в люминесцентных исследованиях кринесценции АЛЭ в BeO сталлов BeO обнаружены центры, процесс разрушения Максимум Время Степень которых с постоянной времени 6.5 ms приводит к обраТип АЛЭ люминесценции затухания поляризации зованию люминесцентных состояний обоих типов АЛЭ.

Em, eV, s P Для изучения природы этих центров проведено Синглетный АЛЭ I 4.0 2 · 10-9 +0.67 детальное исследование кинетики затухания и спекТриплетный АЛЭ I 6.7 340 · 10-6 -0.тров КОП, наведенного импульсом электронов при 80 K.

Триплетный АЛЭ II 4.9 36 · 10-6 -0.В области 3.6 eV процесс затухания оптического поФизика твердого тела, 2005, том 47, вып. Возбуждение люминесценции автолокализованных экситонов при рекомбинации... по величине начальной оптической плотности поглощения эффективность создания центров, ответственных за компонент с 2 = 6.5 ms, оказалась сравнимой (70-80% от начальной оптической плотности компонента с 1 = 340 µs) с эффективностью образования триплетных АЛЭ I.

Для подробного анализа релаксационных процессов были исследованы зависимости кинетики затухания и начальной оптической плотности КОП от флюенса электронного пучка. Полученные результаты позволили установить следующие особенности центров метастабильного оптического поглощения.

1) Изменение величины наводимой импульсами электронов оптической плотности поглощения АЛЭ I и центров с характерным временем распада 6.5 ms линейно Рис. 2. Температурные зависимости времен затухания люминесценции (1, 3), КОП (2) и начальной интенсивности люми- растет при увеличении флюенса электронов (рис. 3).

несценции (4, 5) в области при 4.0 eV(1, 5) и при 6.0 eV(3, 4). Этот факт указывает на собственную природу последних.

2) Изменение амплитудного значения оптической плотности поглощения центров с характерным временем разрушения 450 ms от флюенса электронов описывается насыщающейся зависимостью (рис. 3). Это свидетельствует о том, что данными центрами являются дефекты решетки или примеси.

3) Увеличение флюенса электронов не приводит к изменению экспоненциального вида кинетики и величины времени затухания компонента с = 6.5 ms.

Данный факт кинетического поведения обусловлен мономолекулярным процессом рекомбинации в генетических парах [9]. Примером этого может служить рекомбинация, вызванная кулоновским или упругим взаимодействием заряженных или нейтральных дефектов.

В частности, такие релаксационные процессы известны для пространственно-коррелированных анионных френРис. 3. a — кинетика релаксации короткоживущего опкелевских пар в щелочно-галоидных кристаллах (-I тического поглощения при 3.6 eV, наведенного при 80 K в и F-H центры) [10].

кристаллах BeO импульсом электронного пучка. Штриховые Особенностью гексагональной (вюрцитной) кристалкривые — результаты разложения кинетики на экспоненциальлической решетки BeO можно считать плотнейшую ные функции. b — зависимости амплитудных значений оптиупаковку ионов кислорода, половина тетраэдрических ческой плотности компонент кинетики затухания оптического пустот которой занята ионами бериллия, а другая попоглощения от флюенса электронов.

ловина тетраэдрических (rt = 0.34 ) и все октаэдрические (roct = 0.55 ) пустоты образуют междоузельное пространство [11]. Сравнивая эффективные радиусы глощения может быть описан суммой трех экспоненцииона O2- (1.36 ) и иона Be2+ (0.34 ), мы предполоальных компонент с временами затухания 1 = 340 µs, жили, что в BeO более вероятным может быть процесс 2 = 6.5ms, 3 = 450 ms (рис. 3). Это свидетельствует о образования „тесных“ катионных френкелевских пар наличии трех различных центров неустойчивого поглодефектов (КФПД). Для подтверждения данной гипотезы щения, первым из которых с временем затухания 340 µs были изучены спектры КОП при 80 K с различной излучательно релаксирует триплетный АЛЭ I. Изучение временной задержкой относительно окончания импульса температурных зависимостей времен затухания и наэлектронов (рис. 4). Сравнение спектров наведенночальной оптической плотности компонента с 2 = 6.5ms го поглощения показывает, что для центров с времепоказало, что время разрушения ответственных за этот нем релаксации 6.5 ms отсутствует полоса при 1.7 eV, компонент центров укорачивается при T > 100 K с той обусловленная оптическими переходами в электронже энергией активации Ea = 120 ± 10 meV, с которой ном компоненте АЛЭ. Поскольку электронный компоубыстряются релаксационные процессы в компоненте нент представляет собой электрон, локализованный на с 2 = 6.5 ms люминесценции АЛЭ I и АЛЭ II (рис. 2). s-состояниях бериллия [4], данный факт может быть При этом начальная амплитуда оптического поглощения связан со смещением иона Be+ из узла кристалличеданных центров не зависит от температуры. Оцененная ской решетки в междоузельное пространство. Спектр Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 606 С.В. Горбунов, В.Ю. Яковлев в полосах люминесценции синглетных и триплетных АЛЭ I при 4.0 и 6.7 eV, а также в полосе свечения при 5.0 eV триплетных АЛЭ II проявляется в виде экспоненциального компонента мономолекулярной кинетики затухания. При увеличении температуры наблюдается ускорение процессов рекомбинации близких КФПД с энергией активации 120 meV при постоянстве вклада этого механизма в светосумму люминесценции обоих типов АЛЭ в BeO.

Остается открытым вопрос о возможности пространственного разделения компонентов КФПД в BeO.

В кинетике наведенного электронным импульсом поглощения наблюдается стадия с временем затухания 3 = 450 ms (рис. 3). Приведенные выше характеристики ответственных за эту стадию центров позволяют связать их с дефектами. Мы предполагаем, что этими метастабильными дефектами могут являться пространственно-разделенные компоненты катионных френкелевских пар (Be+- и V -центры), которые образуются при „дисРис. 4. Спектры КОП (1–3), измеренные в момент окончасоциации“ пространственно-коррелированных КФПД.

ния электронного облучения (1) и с задержкой 5 ms (2, 3).

Pages:     || 2 |



© 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.