Анотація до роботи:

Пастернак Р.М. Рекомбінаційні процеси та електрофізичні властивості низькорозмірних систем на основі дийодиду свинцю і кисневмісних сполук цинку. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 – фізика напівпровідників і діелектриків. Луцький державний технічний університет, Луцьк, 2007.

Дисертаційна робота присвячена вивченню рекомбінаційних процесів та електрофізичних властивостей низькорозмірних систем на основі дийодиду свинцю і кисневмісних сполук цинку. Досліджено вплив розмірних ефектів і домішок, а також технологічних умов отримання і обробки зразків на оптичні та електричні характеристики і структуру досліджуваних матеріалів.

Проведено фазовий, рентгеноструктурний аналіз та комп’ютерне моделювання структури тонких, у тому числі наноструктурованих, плівок ZnO. Встановлено напрям текстури полікристалічних плівок та розраховано розміри нанокристалітів. Проведено дослідження взаємозв’язку спектрів поглинання, пропускання та люмінесценції, а також електрофізичних характеристик досліджуваних плівок з особливостями їхньої структури. Здійснено порівняльний аналіз зазначених властивостей плівок із властивостями монокристалів ZnO.

Встановлено механізм фотолюмінесценції плівок Zn₂GeO₄:Mn та досліджено енергетичну структуру цього люмінофора. Проаналізовано вплив структурного стану та умов збудження на кінетику люмінесценції Zn₂GeO₄:Mn.

З допомогою растрового електронного мікроскопа вивчалася морфологія поверхні кристалів PbI₂, PbI₂:Zr. Проведено аналіз часів релаксації перехідних струмів у зразках дийодиду свинцю різних розмірів і конфігурації та зроблено їхню прив’язку до конкретних центрів розсіювання. Досліджувались іонна та електронно-діркова складові провідності PbI₂, їхні залежності від температури та передісторії зразків. Вивчені абсорбційні та термоактиваційні спектри, спектри фотолюмінесценції дийодиду свинцю і їхня температурна еволюція.

У дисертації наведені результати експериментального дослідження впливу розмірних ефектів і домішок, а також технологічних умов отримання і обробки зразків на оптичні та електрофізичні параметри широкозонних напівпровідників на основі дийодиду свинцю і кисневмісних сполук цинку. В результаті комплексного вивчення фізичних властивостей матеріалів такого типу можна зробити такі висновки:

1. Розроблено технологічні режими отримання плівок ZnO методом ВЧ-магнетронного реактивного розпилення. Отримано інтенсивну фотолюмінесценцію плівок ZnO, зумовлену випромінювальною рекомбінацією зв’язаних екситонів (3,25 еВ) та донорно-акцепторними парами (2,45 еВ). Встановлено, що в отриманих зразках рухливість електронів на два порядки менша, ніж у монокристалічному ZnO та на порядок менша, ніж у плівках, нанесених епітаксіальним методом. Цей ефект пов’язаний з нанокристалітною структурою плівки.

2. Запропоновано механізм прояву розмірного ефекту в положенні і формі краю поглинання плівок ZnO. Зміщення краю поглинання, яке спостерігається при зростанні розмірів кристалітів, зумовлене зменшенням ролі статичного розупорядкування в системі.

3. Показано, що кінетика люмінесценції Zn₂GeO₄:Mn визначається структурним станом, впливом пасток та особливостями механізмів передачі збудження і генерації вільних носіїв за участю процесів безвипромінювальної оже-рекомбінації. Встановлено, що при фото- і електролюмінесценції Zn₂GeO₄:Mn реалізується механізм передачі енергії збудження шляхом іонізації дефекта-сенсибілізатора з наступним резонансним збудженням люмінесцентного іона марганцю. Короткий час загасання у плівках Zn₂GeO₄:Mn вказує на досконалу структуру плівок та низьке координаційне число марганцю, який заміщає цинк у регулярних вузлах кристалічної ґратки.

4. Показано, що зсувні деформації кристалів PbI₂, які виникають у процесі технологічної обробки, супроводжуються появою інтенсивної смуги емісії в області 2,40 еВ.

5. Встановлено, що домішка Zr (0,1 ат. %) гомогенно входить у структуру кристалів PbI₂:Zr і викликає істотне гасіння фотолюмінесценції в області температур 7-70 К, що пов’язано з формуванням електронних пасток за участю домішкових іонів і підтверджується істотним зменшенням фотопровідності зразків із домішкою в порівнянні з вихідними кристалами.

6. Встановлено, що в монокристалі PbI₂ при кімнатній температурі рухливість носіїв, насамперед іонів йоду, в напрямі вздовж площини шарів у сотні разів перевищує рухливість в перпендикулярному до шарів напрямі, що корелює з чітко вираженою анізотропією оптичних властивостей.

7. Встановлено вплив попередніх термічних, електричних та оптичних навантажень на подальші зміни іонної електропровідності монокристалів PbI₂. Ідентифіковано енергетичні рівні в забороненій зоні монокристалів PbI₂ та встановлено причини їхньої варіабельності.

8. Встановлено, що піки термовисвічування, виявлені в кристалі PbI₂:Zr, пов’язані з дірковими пастками, які не є центрами випромінювальної рекомбінації в області температур 100-300 K. Завдяки високій концентрації діркових пасток кристал PbI₂:Zr, на вiдмiну від PbI₂, при опроміненні запасає значну світлосуму, що проявляється у високотемпературних смугах термовисвiчування. Характер провідності кристалів PbI₂:Zr, як і в PbI₂, змінюється з температурою – якщо в області температур 100-300 K вона носить дірковий характер, то при Т<70 K доцільно говорити про електронну провідність.