Анотація до роботи:

Стецьків О.Т. Оптичні і люмінесцентні властивості сполук на базі оксидів вольфраму і вісмуту.-Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 – фізика напівпровідників і діелектриків. – Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, 2001

Дисертація присвячена експериментальному дослідженню і теоретичному обгрунтуванню оптичних і люмінесцентних властивостей систем PbWO₄ та Me₂WO₆ (Me = Bi, Y, Sc).

На основі температурної залежності краю фундаментального поглинання тонких плівок PbWO₄ вивчено екситон-фононну взаємодію, що дозволило інтерпретувати край поглинання як поглинання автолокалізованних екситонів. Досліджена температурна залежність ширини забороненої зони.

Досліджено дисперсію світла в тонких плівках PbWO₄ та встановлено основні параметри одноосциляторної двопараметричної моделі.

Виміряно ІЧ-спектри відбивання тонких плівок PbWO₄ та Bi₂WO₆ в спектральній області 400-1600 см^-1 та приведено інтерпретацію смуг відбивання.

Досліджені спектри фотозбудження та люмінесценції при фото-, лазерному та рентгенівському збудженні тонких плівок PbWO₄ і Bi₂WO₆ та керамік Bi₂WO₆, Y₂WO₆, Sc₂WO₆. Методом Аленцева-Фока проведено розклад спектрів люмінесценції на елементарні складові. Розглянута інтерпретація виділених смуг свічення.

Встановлено особливості рекомбінаційних процесів, які проявляються в термостимульованій люмінесценції систем PbWO₄, Bi₂WO₆ та Y₂WO₆.

Проаналізовано вплив дефектів кристалічної структури на спектри люмінесценції тонких плівок PbWO₄ і Bi₂WO₆.

Досліджено температурні залежності індивідуальних смуг свічення в плівках PbWO₄. Встановлено, що особливості температурних залежностей можна пов’язати з міграцією енергії між центрами свічення шляхом переносу вільних носіїв через зону провідності або валентну зону.

Досліджено вплив атмосфери відпалу на спектри люмінесценції тонких плівок.

Вказано на актуальність застосування тонких плівок і керамік PbWO₄ і Bi₂WO₆ в якості компонент композиційного сцинтиляційного детектора.

1. Встановлено, що при дискретному термічному напиленні у вакуумі з наступним відпалом на повітрі та в кисні отримуються полікристалічні тонкі плівки PbWO₄ і Bi₂WO₆. При цьому плівки PbWO₄ мають переважну орієнтацію в площинах (112), (200) і (204), а плівки Bi₂WO₆ – в площинах (113), (220) і (133).

2. Встановлено, що в спектральній області 400-800 нм в тонких плівках PbWO₄ спостерігається нормальна дисперсія показника заломлення і величина показника заломлення змінюється від 2,10 до 1,95. У видимій області дисперсійна залежність апроксимується одноосциляторною 2-параметричною моделлю типу Зельмеєра з параметром апроксимації Е₀ = 7.04. Визначено для тонких плівок PbWO₄ дисперсійну енергію E_d = 20,11 еВ і ступінь іонності хімічного зв’язку f_i = 0.59. Визначено, що в тонких плівках PbWO₄ координаційне число першої координаційної сфери катіона W⁶⁺ становить N_c=2.79.

3. Встановлено, що в тонких плівках PbWO₄ край фундаментального поглинання описується емпіричним правилом Урбаха з параметрами ₀ = 1.0310⁵ см^-1, Е₀ = 4,37 еВ, h_ф = 0,069 еВ. Край фундаментального поглинання в тонких плівках PbWO₄ проінтерпретовано, як поглинання автолокалізованих екситонів. Встановлено наявність значної екситон-фононної взаємодії, константа якої g = 5.56, що вказує на значний вклад іонної компоненти в реалізацію хімічного зв'язку в PbWO₄.

4. Визначено ширину забороненої зони в тонких плівках PbWO₄ при 80 та 295 К, величина якої становить 3.94 та 4.05 еВ, відповідно. Встановлено аналітичну залежність для температурної зміни ширини забороненої зони.

5. Люмінесцентне свічення у тонких плівках і кераміках PbWO₄, Bi₂WO₆, Sc₂WO₆ і Y₂WO₆ пов’язується з рекомбінаційними процесами у структурних комплексах (WO^2-₄), які характерні для відповідних досліджуваних систем. Свічення смуг з максимумом в області 2.8 еВ у PbWO₄ і 2.93 еВ у Bi₂WO₆ інтерпретується як свічення автолокалізованих френкелівських екситонів, які описують збуджений стан комплексу (WO^2-₄)^*. Смуги з максимумом в області 2,35 еВ у PbWO₄ і Bi₂WO₆ пов'язані з переходами у (WO₃+F)-центрах, які подібні за будовою до домішкових центрів. Смуги з максимумом в області 1.75 еВ у PbWO₄ і 1.90 еВ у Bi₂WO₆ пов’язуються з випромінювальною рекомбінацією в комплексних структурних дефектах типу ((WO₃+F)+Pb²⁺).

6. Встановлено, що рекомбінаційні процеси у виділених піках ТСЛ описуються лінійним наближенням. За рядом методик визначено енергію активації центрів захоплення в системах PbWO₄, Bi₂WO₆ і Y₂WO₆. Спектри ТСЛ досліджених систем містять лише дві довгохвильові смуги люмінесценції, що узгоджується з моделлю рекомбінації звільнених носіїв заряду на центрах власної люмінесценції, пов'язаних з вольфрамо-кисневим комплексом (WO^2-₄).

7. Досліджено вплив дефектів кристалічної структури на спектри люмінесценції тонких плівок PbWO₄ і Bi₂WO₆. Встановлено, що при переході від плівок, відпалених на повітрі, до плівок, відпалених у вакуумі, спостерігається зростання інтенсивності смуг "зеленої" і "червоної" люмінесценції та їх незначне розширення. На основі температурної залежності інтенсивності люмінесценції для виділених смуг встановлено різницю в передачі енергії між центрами поглинання і центрами свічення, а також міграцію енергії між центрами свічення, що пов'язано з різною структурою кристалічної гратки PbWO₄ і Bi₂WO₆.

Публікації автора:

1. Бордун О.М., Стецькив А.Т. Центры люминесценции в керамиках оксивольфраматов иттрия, скандия и висмута. // Журн.прикл.спектр.-2000.-Т.67,№2-С.273-275

2. Bordun O.M., Stetskiv A.T. Luminescent properties of thin Bi₂WO₆ films. // Functional materials -2000.-V.7, №2 –P.347-349

3. Бордун О.М., Стецькив А.Т. Край фундаментального поглощения тонких пленок PbWO₄. // Журн.прикл.спектр.-2000.-Т.67,№5-С.644-646

4. Бордун О.М., Стецьків О.Т. Фотолюмінесцентні властивості тонких плівок PbWO₄. // Укр.фіз.журн.-2000.-Т.45, №9. –С.1049-1051

5. Бордун О.М., Стецькив А.Т. Термостимулированная люминесце-нция керамик PbWO₄, Bi₂WO₆ и Y₂WO₆. // Журн.прикл.спектр.-2000.-Т.67,№6-С.810-812

6. Бордун О.М., Стецьків О.Т. Люмінесценція тонких плівок вольфраматів свинцю і вісмуту. // Укр.фіз.журн.-2001.-Т.46, №9. –С.915-919

7. Бордун О.М., Стецьків О.Т. Люмінесцентні властивості тонкоплівкових детекторів на основі оксидів вісмуту та свинцю. // Труды ІІІ междунар.симпозиума "Вакуумные технологии и оборудование' ISTVE-3", Харьков, -1999, –С.272-274

8. Bordun O.M., Stetskiv. The Luminescent Properties of Thin PbWO₄ Films // Proceedings of the International Conference on Inorganic Scintillators and Their Applications SCINT 99, Moscow, Russia, August 16-20, 1999, p. 144

9. Бордун О.М., Стецьків О.Т. Дисперсійні властивості тонких плівок PbWO₄. // Тез.доп.VII Міжнар.конф. з фізики і технології тонких плівок, Івано-Франківськ, -1999. – С.162.

10. Бордун О.М., Стецьків О.Т. Вплив структурних дефектів на люмінесцентні властивості тонких плівок вольфраматів свинцю і вісмуту. // Матер.VIIІ Міжнар.конф. з фізики і технології тонких плівок, Івано-Франківськ, -2001. – С.246-247