Становий Олександр Петрович Енерге­тичний спектр пасток в оксидних та халькогенідних нано­структурах

Короткий опис

Становий Олександр Петрович, провідний інженер за темою 16БФ051-03 НДЛ «Електронно-оптичні процеси» кафедри експериментальної фізики Київського націо­нального університету імені Тараса Шевченка: «Енерге­тичний спектр пасток в оксидних та халькогенідних нано­структурах» (01.04.05 - оптика, лазерна фізика). Спецра­да Д 26.001.23 у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка МОН України

Київський національний університет імені Тараса Шевченка
ВНЗ або наукова установа, де виконана робота
Міністерство освіти і науки України
Орган, до сфери управління якого належить установа
Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Назва установи, де проводився захист дисертації
Міністерство освіти і науки України
Орган, до сфери управління якого належить установа
Кваліфікаційна наукова
праця на правах рукопису
СТАНОВИЙ ОЛЕКСАНДР ПЕТРОВИЧ
УДК 535.3; 535.37
ДИСЕРТАЦІЯ
ЕНЕРГЕТИЧНИЙ СПЕКТР ПАСТОК В ОКСИДНИХ ТА
ХАЛЬКОГЕНІДНИХ НАНОСТРУКТУРАХ
01.04.05 – оптика, лазерна фізика
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних
наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей,
результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело
____________ Становий О.П.
Науковий керівник Дмитрук Ігор Миколайович,
доктор фіз.-мат. наук, професор
Київ – 2019

ЗМІСТ
Вступ....................................................................................................................... 16
Розділ 1. Оптичні властивості кристалічних сполук, пов’язані з
структурними точковими дефектами.................................................................. 23
1.1 Класифікація структурних точкових дефектів ......................................... 23
1.2 Термостимульована люмінесценція як метод визначення енергії
активації центрів прилипання. Сучасний стан проблеми ............................. 27
1.3 Термоактиваційні явища в кристалах з переважно іонним типом зв’язку
.............................................................................................................................. 29
1.3.1 Утворення радіаційних дефектів в лужногалоїдних кристалах .... 29
1.3.2 Термолюмінесценція кристалів KCl, KBr, KI, NaCl, збудження при
4 K .................................................................................................................... 31
1.3.3 Термолюмінесценція лужногалоїдних кристалів, збудження при
80 K .................................................................................................................. 33
1.4 Оптичні властивості сполук типу АІІВVI (CdS та СdSe), пов’язані зі
структурними точковими дефектами .............................................................. 37
1.4.1 Термолюмінесценція та дефектно-домішкове поглинання
наночастинок CdS та СdSe........................................................................... 38
1.5 Прояв структурних дефектів ZrO2:Y2O3 в спектрах оптичного
поглинання та електронного парамагнітного резонансу............................... 40
1.5.1 Чисельні розрахунки енергетичної будови оксиду цирконію............ 41
Висновки до розділу 1....................................................................................... 42
Розділ 2. Матеріали та методи............................................................................. 44
2.1 Постановка експерименту........................................................................... 44
2.1.1 Експериментальна установка ............................................................. 44
2.1.2 Приготування зразків ........................................................................... 46
2.2 Методика обробки експериментальних результатів................................ 50
14
2.2.1 Метод кривих термолюмінесценції. Кінетичні рівняння ................. 50
2.2.2 Визначення енергії активації та поперечного перерізу захоплення
пасток.............................................................................................................. 56
Розділ 3. Осциляторна залежність в енергетичному спектрі центрів
прилипання кристалів KBr, KCl та NaI............................................................... 63
3.1 Явище термостимульованої люмінесценції в лужногалоїдних кристалах
KBr, KCl, NaI...................................................................................................... 63
3.1.1 KBr .......................................................................................................... 63
3.1.2 KCl........................................................................................................... 70
3.1.3 NaI........................................................................................................... 79
3.2 Модель пасток та механізм термоактиваційних процесів в
лужногалоїдних кристалах ............................................................................... 83
3.2.1 Поляронна модель пасток.................................................................... 85
2.4.2 Природа пасток, активних в термолюмінесценції ........................... 89
Висновки до розділу 3....................................................................................... 91
Розділ 4. Енергетичний спектр пасток в монокристалах та наночастинках
сульфіду та селеніду кадмію................................................................................ 92
4.1 Термостимульована люмінесценція моно-, мікрокристалів та
наночастинок CdS та CdSe................................................................................ 92
4.2 Визначення енергій активації пасток. ....................................................... 99
4.3 Механізм термолюмінесценції в CdS та CdSe........................................ 103
Висновки до розділу 4..................................................................................... 105
Розділ 5. Енергетичний спектр пасток та особливості фотолюмінесценції
оксиду цирконію, стабілізованого в тетрагональній та кубічній фазі........... 106
5.1 Низькотемпературна термолюмінесценція оксиду цирконію,
стабілізованого оксидом ітрію та легованого Cr, Mn, Fe ........................... 106
5.2 Прояв порушення структури кристалічної гратки в спектрах
комбінаційного розсіювання світла ............................................................... 112
15
5.3 Уширення піків термолюмінесценції, обумовлене порушенням
структури кристалічної гратки....................................................................... 114
5.4 Визначення енергій активації пасток ZrO2:Y2O3 .................................... 118
5.5 Вплив мілких пасток на дефектно-домішкову фотолюмінесценцію
ZrO2:Y2O3 та ZnMoO4 ...................................................................................... 119
5.6 Механізм термоактиваційних процесів ZrO2:Y2O3 ................................ 126
Висновки до розділу 5..................................................................................... 127
Висновки .............................................................................................................. 129
Список використаних джерел ............................................................................ 131
Додатки................................................................................................................. 149
Подяка................................................................................................................... 152

Список літератури

ВИСНОВКИ
Основні результати та висновки роботи можуть бути сформульовані
наступним чином:
1. Знайдено, що енергетичний спектр пасток в лужногалоїдних кристалах
KBr, KCl та NaI утворює серії значень, кратних цілому або напівцілому
значенню коливального кванта
E n  TL
. Коливальна частота
TL
відповідає локальній коливальній моді молекули галоїду
X2

(Нцентру). Встановлено природу пасток, активних в термолюмінесценції
у кристалах KBr, KCl та NaI.
2. Вперше проведено порівняльне дослідження низькотемпературної
термолюмінесценції мікро-, монокристалів та наночастинок CdSe та
CdS.
Встановлено, що в наночастинках більш інтенсивними є
низькотемпературні піки термолюмінесценції, обумовлені мілкими
пастками (0.07 – 0.2 еВ), в монокристалах – високотемпературні, що
обумовлені пастками з енергією активації 0.3 – 0.7 еВ. Запропоновано
модель термолюмінесценції, в якій пастки, що мають однакову енергію
активації в CdS та CdSe, є вакансіями Se (S). Пастки, енергія активації
яких відрізняється в CdS та CdSe, відповідають вакансіям кадмію, або
ж міжвузловим атомам S, Se чи Cd.
3. Квантово-розмірний ефект для енергій активації пасток в
наночастинках CdS та CdSe в межах точності використаних методик не
спостерігався.
130
4. Методом кривих термолюмінесценції визначено енергетичний спектр
пасток в ZrO2:Y2O3 з різним відсотковим вмістом Y2O3 (0.6 – 8 мол.%).
Діапазон значень енергій активації становить 0.12 – 0.45 еВ.
5. Встановлено, що порушення структури кристалічної гратки, а як
наслідок неоднорідність оточення дефектів, призводить до розкиду
енергетичних положень рівнів пасток в забороненій зоні та уширення
смуг термолюмінесценції. Розраховане значення розкиду енергій
активації у ZrO2:Y2O3 становить від 0.05 до 0.07 еВ для різних пасток.
6. Запропоновано модель термолюмінесценції, яка враховує розкид
енергетичних положень рівнів пасток в ZrO2:Y2O3, пов'язаний
порушенням структури кристалічної гратки. На основі запропонованої
моделі отримано аналітичну функцію для апроксимації контурів піків
термолюмінесценції та визначення енергії активації пасток у випадку
уширення піків термолюмінесценції.
7. Показано, що рентгенівське опромінення впливає на
низькотемпературну дефектно-домішкову фотолюмінесценцію
ZrO2:Y2O3. Спустошення пасток та зміна зарядового стану точкових
дефектів (зокрема F
+
та Т центрів), впливає на випромінювальні та
безвипромінювальні канали рекомбінації і, як наслідок, зміну
інтенсивності фотолюмінесценції при сталій інтенсивності збудження.
8. Запропоновано модель фото- та термолюмінесценції, де центрами
рекомбінації є Т-центр та F+
типу центри (F+
, FА
+
та FАА
+
), а в якості
пасток виступають O–
-центри.