WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 7 Влияние низкой концентрации примеси Au на фотолюминесценцию стехио- и нестехиометрического состава сульфида мышьяка © А.А. Бабаев¶, И.К. Камилов, З.В. Вагабова, С.М. Султанов, А.М. Асхабов, Е.И. Теруков, И.Н. Трапезникова Институт физики Дагестанского научного центра Российской академии наук, 367003 Махачкала, Россия Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 23 декабря 2002 г. Принята к печати 27 декабря 2002 г.) Впервые исследованы спектры фотолюминесценции и возбуждения стекол стехио- и нестехиометрического составов с примесью Au при T = 77 K. Обнаружено расщепление спектра фотолюминесценции в стеклах нестехиометрического состава с малой концентрацией примеси на две полосы, одна из которых обусловлена примесью.

Для решения многих задач физики и техники полу- немного, а их возможности ограничены. Обнаружение проводников активно используется метод управляемого фотолюминесценции (ФЛ) в ХСП и в соответствующих введения в кристаллические полупроводники примесей, кристаллических аналогах [7] —экспрессного и эффексоздающих в них глубокие уровни. В частности, работа тивного метода исследования зонного энергетического подавляющего большинства полупроводниковых прибо- спектра — позволило поставить серию исследований, ров и устройств основана на использовании специально направленных на выявление влияния различных примеактивированных примесями кристаллов с заданными сей на ФЛ свойства. Эти исследования показали, что свойствами. Это обстоятельство стимулировало изуче- легирование ХСП различными примесями не иницииние поведения примесей и в халькогенидных стекло- рует, как правило, новых полос излучения в широком образных полупроводниках (ХСП). Однако первые же интервале энергий и температур. Центрами, ответственисследования [1,2] показали, что большинство примесей, ными за излучательную рекомбинацию при E Eg/2 введенных в стекло через расплав в процессе синтеза, в ХСП, являются собственные дефекты с отрицательной слабо или вовсе не влияют на физические свойства ХСП.

корреляционной энергией. Впервые в исследованных Примеси оптически и электрически не активны, т. е.

стеклах системы (GeS3)100-xBix при x > 0 обнаружена не создают локализованных состояний в запрещенной новая полоса излучения, максимум ФЛ которой соотзоне. Такая аномалия в поведении примесей, введенных ветствует 0.81 эВ, тогда как в стеклах (As2S3)100-xBix в ХСП, длительное время считалась их отличительной новые полосы излучения не наблюдаются [8]. Новая особенностью. Однако существуют отдельные факты, полоса ФЛ в стеклах (GeS3)100-xBix была подтверждена свидетельствующие о влиянии примесей на физические и в порошкообразных образцах этих же составов [9]. Расвойства ХСП. Авторами работ [3–6] было показано, боты [8,9] были направлены на выявление особенностей что отдельные примеси, например Cu, Ag, приводят влияния примеси Bi на ФЛ свойства стекол с тетраэдрик существенным изменениям электропроводности и друческой и цепочечно-слоистой структурой. Отметим, что гих характеристик стеклообразных халькогенидов As соответствующими аналогами ХСП являются кристали Ge. Но количество вводимой примеси было столь лы GeS2, As2S3, а стеклообразный полупроводник GeSвелико, что трудно было заключить — изменяется ли имеет нестехиометрический состав.

проводимость за счет появления электронных примесЦель настоящей работы заключается в исследовании ных состояний или же увеличение проводимости было влияния примеси Au на свойства стехио- и нестехиометобусловлено уменьшающейся шириной запрещенной зорического состава ХСП и выявлении их особенностей.

ны Eg фактически нового соединения. Несмотря на то В качестве объектов исследования выбраны стехиометчто возрастает количество работ по изучению поведерическая система (As2S3)100-xAux и нестехиометричения примесей в ХСП, основные вопросы, связанные ская система (As2S5)100-xAux, где 0.1 > x 0.

с поиском отдельных примесей, эффективно влияющих Специально не легированные и легированные Au, на физические свойства ХСП, и объяснением аномальBi стекла синтезировались методом прямого сплавления ного поведения большинства других примесей в стеклах, соответствующего количества элементарных компоненостаются нерешенными. В первую очередь это обусловтов As, S c Au чистоты B-5 в вакуумных кварцевых лено тем обстоятельством, что прямых методов исслеампулах с применением вибрационного перемешивания дования состояния примеси (т. е. структуры примесного расплава. Для предотвращения взрыва ампул процесс центра, его природы, зарядовых состояний и локальсинтеза осуществлялся в два этапа. Первый этап: амной симметрии в матрице стекла) в ХСП существует пулы нагревались в трубчатой печи до температуры ¶ E-mail: kamilov@datacom.ru 800-850 K со скоростью 0.1-0.2 K/с с последующей Влияние низкой концентрации примеси Au на фотолюминесценцию стехио- и нестехиометрического... Стационарное возбуждение люминесценции осуществлялось светом ксеноновой лампы ДКСЛ мощностью 1000 Вт. Спектры ФЛ и их возбуждение исследовались при T = 77 K. С целью исключения возможного искажения спектров излучения за счет самопоглощения излучение регистрировалось с той стороны образца, на которую падал возбуждающий свет. В качестве фотоприемника использовались кремниевые и германиевые фотодиоды. Спектры возбуждения люминесценции (СВЛ) записывались в максимуме спектра ФЛ, а спектры ФЛ — при возбуждении квантами, соответствующими максимуму СВЛ. Ввиду того что в исследуемых стеклах наблюдается „эффект усталости“ ФЛ, приведенные спектры измерялись после установления квазистацинарного состояния излучения, т. е. после того, Рис. 1. Спектры фотолюминесценции (PL) и возбуждения как процессом усталости за время снятия самих спекфотолюминесценции (Exc) стекол системы (As2S5)100-x Aux.

тров можно пренебречь.

x: 1 —0, 2 — 0.01, 3 — 0.02, 4 —0.04 при T = 77 K.

Спектр ФЛ специально не легированных стекол представляет собой единственную широкую полосу с максимумом Epl Eg/2, ответственную за собственные дефекты с отрицательной корреляционной энергией.

В СВЛ наблюдается один мксимум, соответствующий значению коэффициента поглощения на экспоненциальном участке края собственного поглощения стекла при 102 см-1. Спектры ФЛ и СВЛ нелегированных и легированных стекол приведены на рис. 1 и 2. Увеличение процентного содержания примеси в стекле стехиометрического состава x > 0 приводит одновременно к сдвигу максимума основной полосы излучения при E = Eg/в область меньших энергий и уменьшению интенсивности. Введение малых количеств примеси в нестехиометрический состав приводит к возникновению новой полосы излучения. В стеклах нестехиометрического состава при x = 0.01 наблюдается расщепление спектра Рис. 2. Спектры фотолюминесценции (PL) и возбуждения ФЛ с максимумами Epl1 = 1.26 эВ, Epl2 = 0.95 эВ с пофотолюминесценции (Exc) стекол системы (As2S3)100-x Aux.

луширинами 0.1 эВ. Максимумы СВЛ полос излучеx: 1 —0, 2 — 0.01, 3 —0.04 при T = 77 K.

ния Epl1, Epl2 соответствуют Eex1 = 2.4эВ, Eex2 = 2.1эВ соответственно. Отметим, что 1) с увеличением содержания примеси (x > 0) максимумы ФЛ и СВЛ основной полосы излучения смещаются в область меньших энервыдержкой при этой температуре 15–20 ч. Второй этап:

гий, 2) максимумы ФЛ и СВЛ Epl2 и Eex2 не претерпеватемпература печи повышалась до температуры плавют существенных изменений, 3) в стеклах, содержание ления высокотемпературного элемента со скоростью примеси в которых x > 0.04, наблюдается одна широкая 0.05-0.1 K/с и выдерживалась постоянной в течение полоса излучения и возбуждения люминесценции.

20-25 ч. Затем производилась закалка расплава в соленой воде со льдом. Все синтезированные стекла от- Полученные экспериментальные результаты показыжигались при 500-530 K на протяжении 25-30 ч для вают, что примеси в ХСП могут создавать новые снятия механических напряжений. Атомное содержание состояния в щели подвижности в нестехиометричеAu в сплавах x = 0, 0.01, 0.02 и 0.04.

ских составах. Вероятно, что часть Au, введенного в нестехиометрический состав, входит в структурную Критерием стеклообразного состояния материалов сетку стекла в качестве примеси, другая часть садится служили отсутствие линий на дебаеграммах, диффузный характер рассеяния рентгеновского излучения, отсут- на оборванные связи, образуя новое соединение. Это ствие микровключений и неоднородностей при про- приводит к расщеплению спектра ФЛ исходного образца смотре полированных поверхностей и сколов образцов с образованием нового уровня излучения, вызванного на микроскопе Neofot. примесью Au.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 778 А.А. Бабаев, И.К. Камилов, З.В. Вагабова, С.М. Султанов, А.М. Асхабов, Е.И. Теруков...

Список литературы [1] Б.Т. Коломиец, Т.Ф. Назарова. Физика твердого тела (М., Наука, 1959) 2, с. 21.

[2] Б.Т. Коломиец. Тр. 6-й Межд. конф. по аморфным и жидким полупроводникам (Л., 1975) с. 23.

[3] В.Л. Ванинов, С.К. Новоселов. ФХС, 2 (6), 546 (1976).

[4] T. Ishikawa, M. Ritao, H. Akao, S. Yamada. Phys. St. Sol. A, 57 (2), 373 (1980).

[5] Т.С. Рыкова, З.У. Борисова. ФХС, 5 (5), 563 (1976).

[6] Д.И. Блецкан, В.С. Герасименко, И.М. Митровский. УФЖ, 29 (7), 1074 (1984).

[7] B.T. Kolomiets, T.N. Mamontova, A.A. Babaev. J. Non-Cryst.

Sol., 8 (10), 1004 (1972).

[8] А.А. Бабаев, С.П. Вихров. В сб.: Научные труды. Сер.

Плазма в полупроводниках (Махачкала, Ин-т физики Дагестанского филиала АН СССР, 1984) вып. 3, с. 135.

[9] А.А. Бабаев. Тез. докл. Межд. конф. „Аморфные полупроводники-84“ (Габрово, 1984) т. 2, с. 144.

Редактор Л.В. Беляков Influence of low concentration of Au on photoluminescence of both stoihiometric and non-stoihiometric compounds of As2SA.A. Babaev, I.K. Kamilov, Z.V. Vagabova, S.M. Sultanov, A.M. Askhabov, E.I. Terukov, I.N. Trapeznikova Institute of Physics of Dagestan Scientific Center of Russian Academy of Sciences, 367003 Makhachkala, Russia Ioffe Physicotechnical Institute of Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia

Abstract

The photoluminescence spectra and excitation spectra of stoihiometric and non-stoihiometric glasses with Au impurities were investigated at T = 77 K for the first time. The splitting of photoluminescence spectra into two bands in non-stoihiometric glasses with low impurity concentration was observed. One of these bands is associated with impurity.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып.




© 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.