WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

обусловлены ли они излучательной релаксацией ЭВ в регулярной решетке (собственное свечение) или связаны с дефектами структуры кристалла. При выяснении этого вопроса наиболее информативными представляются время-разрешенные СВЛ.

Так, из спектра возбуждения быстрой люминесценции 5.0 eV (кривые 2 на рис. 2, a и 5, a) следует, что это свечение наиболее эффективно возбуждается в области 10.2-10.3 eV, лежащей ниже энергии первого пика экситонного отражения на 120-200 meV (ср. с кривыми на рис.2, b и 5, b). Этот факт свидетельствует о том, что излучательная релаксация ЭВ происходит около дефекта кристаллической структуры. В случае быстрого свечения 4.0 eV ситуация иная. Хотя СВЛ этой полосы в ”быстром” временном окне также содержит максимум в области 10.2-10.3eV (кривые 1 на рис. 2, a и 5, a), этот максимум формируется вкладом медленных составляющих, безусловно доминирующих в этой области в СВЛ, Рис. 7. Спектры возбуждения люминесценции кристаллов измеренных в ”медленном” временном окне (кривые BeO при T = 10 K для Eemiss = 4.8 (1) и 6.7 eV (2) для на рис. 2, b и 5, b). Тот факт, что быстрое свечение 4.0 eV различных ориентаций кристалла.

действительно не возбуждается в области 10.2-10.3eV, подтверждается и отсутствием короткого компонента в кинетике люминесценции в случае возбуждения в полосе 10.24 eV (ср. кривые 1 и 2 на рис. 3, d). Это позволяет T = 80 K [9]) возбуждается в области основного En=1 и, более эффективно, в области возбужденных En=2, En=3 заключить, что быстрое свечение 4.0 eV возбуждается состояний экситона, а также в области создания раз- исключительно в области состояний экситона En=2, En=и в области междузонных переходов, т. е. имеет собствендельных электронно-дырочных пар (кривая 1 на рис. 6).

ный характер.

При этом эффективность возбуждения люминесценции Медленные свечения в BeO также обнаруживают в области межзонного поглощения (Eexc > Eg) выше, различную природу. Люминесценция в области 4.2 eV чем в экситонной области. При ориентации E C СВЛ эффективно возбуждается в области 10.2-10.3eV (кри6.7 eV резко изменяется: свечение наиболее эффективно вая 2 на рис. 2, a) и, таким образом, соответствует извозбуждается в области En=1 и значительно меньше в лучательной аннигиляции ЭВ около дефекта. Напротив, областях возбужденных состояний экситона и межзонсвечение с максимумом в области 4.4-4.7eV (в зависиных переходов при Eexc > Eg (кривая 2 на рис. 6).

мости от ориентации) обнаруживает собственный харакНа рис. 7 представлены стационарные (без временного тер, поскольку возбуждается в области, непосредственно разрешения) СВЛ 4.8 и 6.7 eV кристаллов BeO в области примыкающей к пикам экситонного отражения, а также Eexc = 8-35 eV. Обращает на себя внимание значительв области междузонных переходов (Eexc > Eg) (кривая ное различие эффективностей возбуждения этих свечена рис. 2, b).

ний как в экситонной области, так и в области порога Полоса ВУФ-свечения 6.7 eV не перекрывается с друэффекта размножения ЭВ при Eexc > 20 eV. Пороговая гими полосами люминесценции и характеризуется единэнергия эффекта размножения ЭВ (Epm) для свечения ственным компонентом кинетики затухания. Вид СВЛ 6.7 eV приходится на область создания вторичных эксиэтого свечения (рис. 6) свидетельствует об его собтонов Epm 2En=1, в то время как для свечения 4.8 eV — ственном характере. Это подтверждает ранее сделанное на область генерации вторичных электронно-дырочных предположение о том, что ВУФ-люминесценция связана пар при Epm > 2Eg (Epm = 24 eV).

с излучательным распадом АЛЭ (см., например, [9]).

Таким образом, в ориентированных кристаллах BeO 3. Ветвление релаксации при T = 10 K методом селективной время-разрешенной электронных возбуждений в BeO ВУФ-спектроскопии можно выделить следующие свечения собственного характера: быстрое — 4.0 eV (обсуждение результатов) ( = 2.2ns) и более медленные — 4.4-4.7eV Время-разрешенные СЛ кристаллов BeO при селек- (1 = 54 ns и 2 = 36 µs) и 6.7 eV( = 340 µs). Остальтивном фотовозбуждении характеризуются несколькими ные полосы люминесценции, формирующие СЛ, следует типами свечений: быстрые свечения с максимумами считать связанными с излучательным распадом ЭВ около полос при 4.0 и 5.0 eV и медленные с максимумами дефектов кристаллической структуры. Анализ зависимополос при 4.2-4.7 и 6.7 eV. Принципиально важным сти СВЛ показывает, что эффективность возбуждения Физика твердого тела, 2001, том 43, вып. 1194 В.А. Пустоваров, В.Ю. Иванов, М. Кирм, А.В. Кружалов, А.В. Коротаев, Г. Циммерер собственных свечений в областях энергий основного искажение решетки еще более понижает локальную сим(En=1) и возбужденных (En=2, En=3) состояний экситонов метрию кристалла. Это может являться причиной более зависит от ориентации кристалла. Например, СВЛ АЛЭ существенного, чем в ЩГК, относительного смещения 6.7 eV (кривые 1 и 2 на рис. 6) свидетельствует о координат триплетного и синглетного состояний.

существовании ориентационной зависимости релаксации В [2,3] для ЩГК установлено, что в случае излучательэкситонов из основного и возбужденных состояний в ав- ного распада АЛЭ, отличающихся степенью смещения толокализованное состояние. Ранее для низкосимметрич- двухгалоидного дырочного ядра от регулярного положеных оксидных кристаллов (-Al2O3, YAlO3, Y3Al5O12) ния ионов к интерстициальному, возникают различные установлено, что релаксация экситона в автолокализо- полосы люминесценции. Полоса свечения АЛЭ, соответванное состояние и рекомбинационная сборка экситона ствующая наибольшему смещению, характеризуется такмалого радиуса приводят к формированию разных цен- же и наибольшим стоксовым сдвигом. В оксиде бериллия тров свечения [10]. В настоящей работе впервые для стоксов сдвиг максимален для свечения 4.0 eV. Можно широкощелевых кристаллов удалось наблюдать ориента- предположить, что соответствующий короткоживущий ционно обусловленное ветвление релаксации экситонов центр свечения возникает при самой значительной лос образованием разных излучательных центров.

кальной деформации кристалла. Если по аналогии с ЩГК Экспериментальные данные показывают, что бы- предположить, что в BeO также имеет место тенденция строе собственное свечение 4.0 eV в BeO по своим смещения аниона к интерстициальному положению, то спектрально-кинетическим, ориентационным, поляриза- возникающий центр свечения можно представить себе ционным характеристикам существенно отличается от как короткоживущий дефект типа F+-центра. Тот факт, ранее изученных свеченеий АЛЭ в BeO (см., напри- что кристаллическая структура широкозонных оксидов мер, [7,9]). Электронная структура BeO [18] не дает в момент релаксации ЭВ действительно испытывает супредпосылок для связи его с валентно-остовными пере- щественную деформацию, доказан в [19] непосредственходами, формирующими характерное быстрое свечение ным измерением кратковременного изменения объема в ряде кристаллов. Вид СВЛ 4.0 eV подтверждает пред- кристалла -Al2O3 (в -Al2O3 осуществляется сходная с положение работ [13,14] о его связи с люминесценцией BeO ситуация самозахвата экситонов [20]) после возбусинглетных АЛЭ. Преимущественная релаксация экси- ждения импульсом электронов. Величина наблюдаемого тонов на синглетный излучательный уровень АЛЭ в BeO в [19] увеличения объема кристалла оказалась сравнимой идет с возбужденных состояний экситона En=2, En=3, что с характерной для ЩГК. На это также указывает наранее наблюдалось также и для щелочных иодидов [2,3]. блюдение люминесценции F- и F+-центров в номинально чистых кристаллах -Al2O3 [21] и кристаллах BeO Известно, что в ЩГК свечение триплетных АЛЭ при импульсном возбуждении электронами подпорогополяризовано перпендикулярно, а свечение синглетных вых энергий, не создающих стабильные френкелевские АЛЭ — параллельно оси двухгалоидного дырочного ядра АЛЭ [1,4]. Триплетный характер состояния, пе- дефекты. Отметим, что стабильный F+-центр в оксиде бериллия характеризуется полосой люминесценции с реходы с которого формируют ВУФ-полосу в СЛ BeO, максимумом при 3.92 eV (FWHM = 0.5eV) и временем в настоящее время не вызывает сомнения, а модель затухания менее 1 ns [22,23]. Люминесценция 4.0 eV центра свечения 6.7 eV предложена нами ранее [9] как возникает при релаксации экситонов из возбужденных АЛЭ с дырочным ядром в вдие полярона малого радиуса состояний. В ряде ЩГК (NaCl, KI) преимущественная типа O--иона в аксиальной конфигурации локального релаксация экситонов именно с возбужденных состоятетраэдра кристаллической структуры. Принципиальным ний n = 2 приводит к ситуации подпорогового дефеквопросом интерпретации быстрого свечения 4.0 eV в BeO является его более низкоэнергетическое по срав- тообразования [24]. Таким образом, по спектральнополяризационным характеристикам (данные [13,14] и нению со свечениями триплетных АЛЭ спектральное результаты настоящей работы) быстрое свечение 4.0 eV положение. Подобная ситуация реализуется, в частности, следует отнести к ”аксиальному” синглетному АЛЭ.

в кристаллах NaI, NaBr [2]: полоса синглетного АЛЭ проявляется в СЛ с длинноволновой стороны от три- При создании электронно-дырочных пар фотонами с плетного (сдвиг составляет несколько десятков meV). Eexc > 11 eV с ростом энергии возбуждения СВЛ 4.В модели адиабатических кривых потенциальной энергии и 6.7 eV резко отличаются. В соответствии с теорией объяснение этого факта состоит в том, что минимум ”горячего разлета электронно-дырочных пар” [25] это потенциальной энергии синглетного АЛЭ имеет конфи- указывает на различные миграционные потери: образогурационную координату Q2, значительно большую, чем вание АЛЭ со свечением 6.7 eV происходит без ми координата триплетного состояния Q1 [2]. Для BeO грационных потерь, место автолокализации практически наблюдаемая разница энергий триплетного и синглет- совпадает с местом рождения ЭВ. Это подтверждается ного состояний существенно больше. Однако следует большим значением константы экситон-фононного взаиучитывать, что кристаллическая структура оксида бе- модействия 0 = 0.6, определенным из анализа правила риллия характеризуется более низкой симметрией (C3v). Урбаха в BeO [5]. Образование же АЛЭ со свечением Возникающее при автолокализации экситонов локальное 4.7 eV происходит после миграции ЭВ.

Физика твердого тела, 2001, том 43, вып. Релаксация электронных возбуждений в оксиде бериллия: время-разрешенная ВУФ-спектроскопия Авторы признательны В.А. Маслову за предоставление образцов и долговременное сотрудничество, а также Г.Н. Кулипанову и Э.И. Зинину за содействие и помощь в постановке работ в Сибирском центре синхротронного излучения, стимулировавших настоящее исследование.

Список литературы [1] Ч.Б. Лущик. Экситоны. Наука, М. (1985). С. 362–385.

[2] T. Matsumoto, T. Kawata, A. Miyamoto, K. Kan’no. J. Phys.

Soc. Jap. 61, 11, 4229 (1992).

[3] T. Matsumoto, M. Shirai, K. Kan’no. J. Phys. Soc. Jap. 64, 3, 987 (1995).

[4] K.S. Song, R.T. Williams. Self-trapped excitons. SpringerVerlag, Berlin–Heidelberg (1993).

[5] D.M. Roessler, W.C. Walker, E. Loh. J. Phys. Chem. Sol. 30, 1, 157 (1969).

[6] J.L. Freeouf. Phys. Rev. B7, 3810 (1973).

[7] V.Yu. Ivanov, V.A. Pustovarov, A.V. Kruzhalov, B.V. Shulgin.

Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A282, 559 (1989).

[8] E. Feldbach, W. Laasch, D. Varding, G. Zimmerer. Phys. Stat.

Sol. (b) 170, 623 (1992).

[9] В.Ю. Иванов, В.А. Пустоваров, С.В. Горбунов, А.В. Кружалов. ФТТ 36, 9, 2634 (1994).

[10] А.И. Кузнецов, В.Н. Абрамов, В.В. Мюрк, Б.Р. Намозов.

ФТТ 33, 7, 2000 (1991).

[11] V. Mrk, B. Namozov, N. Yaroshevich. Radiation Measurements 24, 4, 371 (1995).

[12] Б.Р. Намозов, М.Э. Фоминич, В.В. Мюрк, Р.И. Захарченя.

ФТТ 40, 5, 910 (1998).

[13] В.А. Пустоваров, В.Ю. Иванов, А.В. Кружалов, Э.И. Зинин.

ФТТ 36, 5, 1523 (1994).

[14] В.А. Пустоваров, В.Ю. Иванов, А.В. Кружалов, Э.И. Зинин.

ЖПС 60, 5–6, 443 (1994).

[15] В.Ю. Иванов, В.А. Пустоваров, С.В. Горбунов, С.В. Кудяков, А.В. Кружалов. ФТТ 38, 11, 3333 (1996).

[16] В.А. Маслов, Г.М. Рылов, В.Г. Мазуренко, А.В. Кружалов.

Расширенные тезисы VI Междунар. конф. по росту кристаллов. М. (1980). Т. 3. 268 с.

[17] G. Zimmerer. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A308, 178 (1991).

[18] В.А. Лобач, И.Р. Рубин, А.В. Кружалов. ФТТ 29, 9, (1987).

[19] C. Itoh, K. Tanimura, N. Itoh. J. Phys. C: Solid State Phys. 19, 35, 6887 (1986).

[20] M. Kirm, G. Zimmerer, E. Feldbach, A. Lushchik, Ch. Lushchik, F. Savikhin. Phys. Rev. B60, 1, 502 (1999).

[21] В.И. Барышников, Е.Ф. Мартынович, Т.А. Колясникова, Л.И. Щепина. ФТТ 30, 5, 214 (1988).

[22] S.V. Gorbunov, A.V. Kruzhalov, M.J. Springis. Phys. Stat. Sol.

(b) 141, 293 (1987).

[23] V.A. Pustovarov, M. Kirm, A.V. Kruzhalov, V.S. Kortov, A.I. Surdo, G. Zimmerer. Annual Report, DESY, HASYLAB.

Hamburg (1999). P. 331.

[24] Ч.Б. Лущик, А.Ч. Лущик. Распад электронных возбуждений в твердых телах. Наука, М. (1989). 262 с.

[25] А.Н. Васильев, В.В. Михайлин, И.В. Овчинникова. Изв.

АН СССР. Сер. физ. 49, 2044 (1985).

Pages:     | 1 ||



© 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.