WWW.KONFERENCIYA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Конференции, лекции

 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РЕСПУБЛИКИ МОЛДОВА

На правах рукописи

УДК.: 621.315.592

РАДЕВИЧ ИВАН ВЛАДИМИРОВИЧ

ЭЛЕКТРОННЫЕ И ИЗЛУЧАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В

СЕЛЕНИДЕ ЦИНКА, ЛЕГИРОВАННОМ ПЕРЕХОДНЫМИ И

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ХИМИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

134.01 – ФИЗИКА И ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора физических наук

КИШИНЁВ, 2014 1 Диссертация выполнена на кафедре «Прикладная Физика и Информатика» и в научноисследовательской лаборатории «Физика Полупроводников» Государственного Университета Республики Молдова.

Научный руководитель:

Недеогло Дмитрий Демьянович, доктор хабилитат физ.-мат. наук, профессор, Государственный Университет Республики Молдова

Официальные оппоненты:

Тигиняну Иван Михайлович, доктор хабилитат физ.-мат. наук, профессор, академик, Академия Наук Республики Молдова Сырбу Николай Николаевич, доктор хабилитат физ.-мат. наук, профессор, Технический Университет Республики Молдова Состав специализированного научного совета:

Кулюк Леонид Леонидович, председатель, доктор хабилитат физ.-мат. наук, профессор, академик, ИПФ АН РМ Урсаки Вячеслав Владимирович, учёный секретарь, доктор хабилитат физ.-мат. наук, конференциар, АН РМ Гашин Пётр Алексеевич, доктор хабилитат физ.-мат. наук, профессор, МолдГУ Караман Михаил Иванович, доктор хабилитат физ.-мат. наук, профессор, МолдГУ Щербан Дормидонт Архипович, доктор хабилитат физ.-мат. наук, профессор, ИПФ АН РМ Русу Эмиль Васильевич, доктор хабилитат технических наук, конференциар, ИЭИН АН РМ

Защита состоится 22 июля 2014г. В 15.00 часов на заседании Специализированного Учёного Совета D30.134.01-02 при Государственном Университете Республики Молдова по адресу: ул. А.Матеевич 60, MD-2009, г. Кишинёв, Республика Молдова

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке Государственного Университета Республики Молдова и на web cтранице Национального Совета по Аккредитации и Аттестации (www.cnaa.md) Автореферат разослан 20.07. Учёный секретарь Специализированного Учёного Совета D30.134.01-02, доктор хабилитат физ.- мат. наук, конференциар Урсаки В.В.

Научный руководитель, доктор хабилитат физ.-мат. наук, профессор Недеогло Д.Д.

Автор Радевич И.В.

© Радевич Иван,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и состояние вопроса В настоящее время интерес к соединениям II-VI, легированным редкоземельными элементами (РЗЭ), растёт в связи с возможностью модуляции добротности в Er-Yb лазерах с насыщенными поглощающими конструктивными элементами на основе ZnSe:Cr 2+ [1].

Использование материалов, легированных хромом, в качестве насыщенных поглощающих элементов нашло широкое применение в последние годы [2], однако, в то же время известно, что халькогениды Zn и Cd, легированные ионами переходных металлов (ПМ), например, Cr2+ и Fe2+, являются перспективными материалами для разработки твердотельных перестраиваемых лазеров, работающих в средней инфракрасной (ИК) области спектра [3], используемых в фотоакустическом детектировании газов, мониторинге окружающей среды, электронных коммуникациях, а так же в медицинских или военных целях. Твердотельные лазеры на основе полупроводников группы II-VI, легированных ионами ПМ, обладают рядом преимуществ по сравнению с другими перестраиваемыми источниками когерентного излучения в ИК области, например, низкой стоимостью изготовления, возможностью использования при комнатной температуре [4], а так же в перспективе возможностью электрической накачки [3].

легированных ПМ, является ZnSe:Cr. Спектроскопическими особенностями этого материала, благоприятствующими его использованию в качестве когерентного источника излучения в средней ИК области спектра, являются близкий к единице квантовый выход при комнатной температуре, широкая полоса поглощения вблизи 1,8 мкм, позволяющая оптическую накачку внутрицентровых переходов различными способами, отсутствие значительного поглощения на возбуждённом состоянии в средней ИК области спектра [3, 4]. В числе основных препятствий, встающих на пути промышленного производства лазеров на основе селенида цинка, легированного хромом, остаются трудности, связанные с массовым, воспроизводимым с достаточной точностью, получением кристаллов ZnSe:Cr и вызванные известными проблемами равновесного легирования широкозонных соединений группы II-VI [5].

Совместное легирование кристаллов хромом и РЗЭ позволяет объединить функции активной среды и компонентов для модуляции добротности в одном структурном элементе, что позволяет разрабатывать монолитные твердотельные лазеры [6]. Показана возможность резонансной передачи энергии между атомами иттербия и хрома при совместном легировании кристаллов YAG (алюмо-иттриевый гранат) [2]. Существенным недостатком подобных лазерных систем является необходимость их оптической накачки, что можно избежать в случае совместного легирования полупроводниковых соединений ионами РЗЭ и ПМ. Однако, описание результатов исследований по совместному легированию полупроводников переходными металлами и элементами редких земель крайне ограничено.



Цель, задачи и объект исследования Целью настоящей работы является исследование в широком интервале температур зависимости излучательных, оптических и электрических свойств кристаллов селенида цинка от концентраций легирующих примесей иттербия и хрома, выявление и физическая интерпретация эффектов, возникающих в результате взаимодействия ионов d- и fэлементов между собой, а так же с фоновыми примесными и структурными дефектами.

Сформулированная цель достигалась посредством решения следующих задач:

получение кристаллов селенида цинка с различным дефектно-примесным составом, легированных примесями d- и f-элементов в процессе роста методом химического переноса пара или в процессе диффузии из расплава цинка или разработка и реализация устройства для контроля над проведением измерительного процесса и автоматического сбора экспериментальных данных;

исследование концентрационной и температурной эволюции спектров фотолюминесценции кристаллов ZnSe:Yb, ZnSe:Cr и ZnSe:Cr:Yb для изучения влияния примесей на их излучательные свойства;

исследование влияния концентрации легирующей примеси на спектры оптического пропускания кристаллов ZnSe:Yb и ZnSe:Cr;

исследование зависимости электропроводности и концентрации свободных носителей тока в кристаллах ZnSe:Yb от концентрации легирующей примеси;

исследование влияния способа легирования на оптические и фотолюминесцентные свойства кристаллов ZnSe:Cr с целью выявления взаимодействия легирующей примеси с собственными дефектами;

комплексный анализ и обобщение полученных экспериментальных данных с целью разработки модели взаимодействия ионов d- и f-элементов между собой, а так же с фоновыми примесями и структурными дефектами.

В качестве объекта исследования выбраны монокристаллы селенида цинка, являющегося одним из перспективных материалов для изготовления оптоэлектронных устройств, способных работать в видимой и инфракрасной областях спектра. Данный материал является широкозонным полупроводником и обладает, в силу этого, примесным характером проводимости. В связи с этим, изменение состава собственных и примесных дефектов в процессе термообработки в различных средах, либо легирования в процессе роста кристаллов ZnSe, позволяет изучить особенности их электрических и излучательных свойств и выявить физическую картину энергетического спектра собственных и примесных дефектов, а так же процессов их взаимодействия.

Научная новизна полученных результатов Разработан и апробирован метод химического травления кристаллов селенида цинка в растворе хлорида железа (III), позволяющий удалить с поверхности используемого при легировании кристаллов селенида цинка и слабо растворимого в кислотах и нерастворимого в основаниях.

Предложена модель внедрения трёхзарядного иона иттербия в селеновую выскотемпературного отжига в расплаве ((100-Х) ат.% Zn + Х ат.% Yb). В рамках модели излучательной рекомбинации по схеме Пренера-Эппла-Вильямса, определено энергетическое положение уровня иттербия в запрещённой зоне селенида цинка в пределах от 1,45 эВ до 1,49 эВ выше потолка валентной зоны.

Показано увеличение прозрачности кристаллов селенида цинка, по мере увеличения концентрации легирующей примеси иттербия в них. Установлено, что при концентрации примеси в легирующем расплаве, равной 8.00 ат. % прозрачность в интервале длин волн от 500 нм до 3000 нм увеличивается вдвое.

Методом экситонной спектроскопии определено положение энергетического уровня двухзарядного иона хрома в запрещённой зоне селенида цинка на 0,66 эВ выше потолка валентной зоны.

Высказано и обосновано предположение о комплексной структуре полосы в средней ИК области спектра излучения кристаллов ZnSe:Cr, ранее приписываемой исключительно внутрицентровым переходам в пределах двухзарядного иона хрома, и об активации этой излучательной полосы внутрицентровым излучением ионов Установлено комбинированное влияние ионов d- и f-элементов на излучательные свойства кристаллов селенида цинка, на примере кристаллов ZnSe:Cr, ZnSe:Yb и ZnSe:Cr:Yb. Высказано и обосновано предположение о стабилизации однозарядных ионов хрома в цинковых узлах кристаллической решётки в результате совместного легирования кристаллов селенида цинка примесями хрома и иттербия.

Важная научная проблема, решённая в результате выполненных исследований Установлен механизм эффекта очистки кристаллов селенида цинка от фоновых примесей в процессе легирования их примесью иттербия, обусловленный одновременной компенсацией донорных и акцепторных дефектов. Исследование фотолюминесцентных, оптических и электрических свойств кристаллов ZnSe:Yb указывает на формирование на основе ионов иттербия и фоновых примесей пассивных центров, которые не участвуют в электронных и излучательных процессах.

Положения, выносимые на защиту 1. В процессе высокотемпературного отжига (1200 К) кристаллов ZnSe в расплаве Zn+Yb трёхзарядные ионы иттербия внедряются в вакансионные узлы селеновой подрешётки, образующийся при этом локальный заряд компенсируется за счёт формирования кластеров с участием фоновых примесей.

2. Формирование электрически и оптически пассивных ассоциативных центров на основе ионов иттербия, а так же примесных и собственных дефектов, существенно уменьшает влияние фоновых примесей на излучательные и электронные процессы в кристаллах ZnSe, легированных иттербием.

3. Излучение кристаллов ZnSe:Cr в средней ИК области спектра ФЛ не является исключительно внутрицентровым, а формируется как внутрицентровым излучением ионов хрома, так и излучательными переходами с участием примесных и структурных дефектов. При этом излучательные внутрицентровые переходы в пределах двухзарядных ионов хрома являются активаторами свечения в этой области спектра.





4. Совместное легирование кристаллов селенида цинка примесями хрома и иттербия стабилизирует однозарядные ионы хрома в цинковых узлах кристаллической решётки трёхзарядными ионами иттербия.

Теоретическая и практическая значимость работы Разработана и реализована модульная схема устройства для контроля над экспериментальных данных, позволяющая адаптировать устройство для измерения различных типов зависимостей физических величин.

В широком интервале температур и концентраций легирующей примеси иттербия изучено влияние примеси на излучательные, электрические и оптические свойства кристаллов селенида цинка.

Установлено влияние технологии роста и легирования хромом на оптические и излучательные свойства кристаллов селенида цинка.

Предложены физические модели, объясняющие на основе взаимодействия структурных и примесных дефектов температурные и концентрационные изменения излучательных, оптических и электрических свойств кристаллов селенида цинка, легированных ионами хрома и иттербия.

Апробация результатов Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на 21 научной конференции.

Студенческая Конференция МолдГУ (Кишинёв: 2007, 2008, 2011, 2012); Конференция Физиков Молдовы (CFM) (Кишинёв: 2007, 2009); International Student Scientific Conference of the Balkan Physical Union (ISCBPU-6) (Бодрум: 2008); International Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics (MSCMP) (Кишинёв: 2008, 2010, 2012);

Научная Конференция Мастерантов и Докторантов МолдГУ (Кишинёв: 2009, 2010);

Физические свойства веществ в различных состояниях (Бельцы: 2009); Conferina tiin ific TIM-2009 (Тимишоара: 2009); EMRS (Страсбург: 2010); Научная Конференция, Посвящённая 65-летию МолдГУ (Кишинёв: 2011); LUMCOS-2011 (Харьков: 2011);

Международная Научная Конференция Молодых Учёных «Ломоносов-2012» (Москва:

2012); Научная Конференция Дидактического Состава МолдГУ (Кишинёв: 2012);

CLEO/Europe-IQEC Conference (Мюнхен: 2013); SPO-2013 (Киев: 2013).

Публикации Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 37 научных работах, включая 30 тезисов на коференциях (2 без соавторов), 1 статью в национальном журнале класса C и 6 статей в журналах с импакт фактором (из них 1 без соавторов).

Структура работы Диссертационная работа написана на румынском языке и состоит из введения, четырех глав, общих выводов, и списка цитируемой литературы из 134 наименований.

Работа содержит 126 страниц текста, 73 рисунка и 7 таблиц.

Ключевые слова Селенид цинка, легирование, совместное легирование, иттербий, хром, фотолюминесценция, оптическое поглощение, электрические свойства, примесные и собственные дефекты, экситон, экситонно-примесный комплекс, автоматизация.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируются цель и задачи работы, её научная новизна, практическая значимость и основные научные положения, выносимые на защиту. Кратко описана структура диссертации.

В первой главе работы обсуждаются литературные данные по халькогенидам цинка, легированным ионами РЗЭ и ПМ. Рассматриваются их основные физикохимические свойства и параметры.

В первом параграфе описывается структура энергетических уровней ионов РЗЭ (Er, Sm и Yb) в широкозонных полупроводниках группы II-VI. Перечисляются и описываются возможные примесные центры, формирующиеся в кристаллах в результате их легирования ионами f-элементов, а так же технологические трудности, возникающие в процессе легирования, вызванные необходимостью компенсации избыточного локального заряда, создаваемого примесью РЗЭ. Рассматриваются спектры испускания и поглощения кристаллов, активированных ионами Er и Yb, указываются положения линий, обусловленных внутрицентровыми 4f-4f переходами. Отмечается, что в исследованной литературе нет чёткого представления о влиянии концентрации примеси РЗЭ на интенсивность полос излучения и поглощения, вызванных внутрицентровыми 4f-4f переходами, а так же не исследовано влияние примеси РЗЭ на экситонное излучение, и возможность возникновения излучательных свободно-связанных переходов с участием уровней РЗЭ в запрещённой зоне полупроводниковых материалов.

Во втором параграфе приводятся результаты исследования полупроводниковых соединений группы II-VI, легированных ионами ПМ, в частности хромом. В широкой области длин волн описаны спектры поглощения и ФЛ образцов. Определены внутрицентровые переходы, а так же возможные причины их концентрационного гашения.

Описаны механизмы возбуждения ионов хрома, а так же пути излучательной рекомбинации с испусканием фотона в средней ИК области спектра. Определены возможные зарядовые состояния примеси хрома, их энергетическое положение в запрещённой зоне селенида цинка, возможные переходы с участием этих уровней и разрешённых зон, а так же тонкое расщепление уровней ионов хрома в кристаллическом поле тетраэдральной симметрии. Отмечено, что модели, описанные в большом количестве работ, посвящённых этой тематике, в целом схожи, однако существуют значительные расхождения в положении полос излучения, а так же в их форме. Предполагается, что это вызвано взаимодействием хрома с собственными дефектами и фоновыми примесями, однако, подтверждение этого требует дополнительных исследований.

В параграфах 3-4 приводятся результаты исследования совместного легирования ионами РЗЭ и ПМ синтетических гранатов и широкозонных полупроводников.

Указывается, что существует лишь несколько работ по этой тематике, однако, даже в этих работах показана принципиальная возможность резонансной передачи энергии между ионами РЗЭ и ПМ, причём как в одном, так и в другом направлениях, в зависимости от пары легирующих примесей.

На основании изученных литературных источников были сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе описаны методики роста и легирования кристаллов селенида цинка примесями иттербия и хрома. Приводятся условия получения кристаллов ZnSe:Cr и ZnSe:Yb, выращенных методом химического переноса пара с использованием йода в качестве агента-переносчика. Описывается технология выскотемпературного (1200 К) отжига кристаллов ZnSe в расплаве ((100-Х) ат.% Zn + Х ат. % Yb). Описаны методики подготовки образцов к исследованию фотолюминесцентных, электрических и оптических свойств, в частности, приводится описание разработанного метода химического травления кристаллов селенида цинка в растворе хлорида железа (III), позволяющего удалить с поверхности кристаллов затвердевшие остатки легирующего расплава на основе Bi, используемого при легировании кристаллов селенида цинка и слабо растворимого в кислотах и нерастворимого в основаниях.

Во втором параграфе приводятся описания установок для исследования люминесцентных, оптических и электрических свойств кристаллов.

В третьем параграфе описана разработанная модульная система автоматизации измерений, состоящая из электронного устройства управления и программной части сбора данных, позволяющая установить связь между компонентами измерительной системы и информационной системой, а так же координирующая работу каждого компонента измерительной системы, решающая задачи преобразования данных и предоставления интерфейса управления и визуализации результата исследователю [7]. Приводится подробное техническое описание основных узлов электронного устройства и алгоритмов обработки данных для управления измерительным процессом. Показана возможность адаптации устройства к измерению различных зависимостей физических величин.

Результаты второй главы опубликованы в работах [7-10].

В третьей главе представлены результаты исследования в широком интервале температур и концентраций излучательных, оптических и электрических свойств кристаллов селенида цинка, легированных иттербием.

В первом параграфе показано, что низкотемпературные (Т=6 К) спектры люминесценции кристаллов ZnSe:Yb, легированных из расплава цинка, представлены в видимой области тремя полосами: в экситонной области с максимумом при 446,6 нм для нелегированного кристалла, излучением, вызванным рекомбинацией носителей связанных на донорно-акцепторных парах (ДАП) ~458,9 нм и длинноволновой полосой, локализованной при 545 нм. Увеличение концентрации иттербия в легирующем расплаве до 2 ат % приводит к смещению полосы в экситонной области в коротковолновую часть спектра, последующее увеличение концентрации до 4 ат. % так же смещает обсуждаемую полосу, однако не так резко, дальнейшее увеличение концентрации легирующей примеси не влияет на положение экситонной полосы, которое устанавливается на уровне 445 нм (Рис. 1). Одновременно с этим при добавлении в расплав даже небольших концентраций легирующей примеси в зависимости логарифма интенсивности краевой полосы от обратной температуры исчезает наклон, связанный с ионизацией донорных комплексов [LiZn,VSe] или [NaZn,Vse]. Это можно объяснить, если предположить, что в нелегированном кристале основной вклад в экситонную полосу вносят центры “элемент I группы – вакансия селена”, при концентрации Yb в расплаве до 2 ат. % их вклад уменьшается, и становится сопоставимым с вкладом центров на основе мелкой донорной примеси, что приводит к увеличению полуширины краевого излучения (Рис. 1).

Структурная полоса с максимумом при 458,9 нм (2,70 эВ) в спектре ФЛ нелегированного кристалла с её фононными повторениями, отстающими от основного максимума на 31 мэВ, по всей видимости, вызвана ДАП-переходами. Положение максимума этой полосы, а так же её форма с несколькими фононными повторениями точно соответствуют R0 полосе, обусловленной излучательными переходами между донорными комплексами [LiZn,VSe] и акцепторами LiZn [11]. Увеличение концентрации легирующей примеси в расплаве приводит к постепенному смещению максимума ДАП полосы к положению 460,1 нм (2,69 эВ) при концентрации Yb в легирующем расплаве равной 4 ат.%, без изменения структуры полосы и энергетического расстояния между максимумами (Рис. 1). Эта полоса соответствует Q0 полосе, обусловленной переходами между уровнем мелкой донорной примеси Al Zn и акцепторным уровнем LiZn [11].

Постепенное смещение максимума полосы, по всей видимости, объясняется комбинированным вкладом R0 и Q0 полос в наблюдаемую полосу ФЛ. Это объяснение подтверждается и зависимостью интенсивности этой полосы от концентрации Yb (Рис. 2).

В начале, по мере увеличения концентрации Yb в легирующем расплаве, по всей видимости, происходит разрушение донорных комплексов [LiZn,VSe] за счёт внедрения ионов Yb в вакансионные узлы VSe, входящие в состав этих комплексов. Понижение их концентрации приводит к уменьшению вероятности излучательных переходов, обуславливающих R0 полосу, а следовательно и к уменьшению интенсивности наблюдаемой полосы. Разрушение комплексов [LiZn,VSe] приводит к росту концентрации акцепторных дефектов LiZn и к увеличению вероятности конкурирующих переходов Al Zn LiZn. Последующее понижение интенсивности полосы ДАП-излучения, очевидно, вызвано образованием нового типа дефектов с участием ионов LiZn и Yb [12].

Рис.1. Изменение положения максимумов Рис. 2. Изменение интенсивности полос полос экситонного и ДАП излучения и экситонного и ДАП излучения в зависимости полуширины полосы экситонного от концентрации иттербия в легирующем излучения в зависимости от концентрации расплаве Zn + X ат. % Yb. Т=6К.

иттербия в легирующем расплаве. Т=6К.

Следует отметить, что поведение всех наблюдаемых полос в видимой области спектра ФЛ исследованных кристаллов ZnSe:Yb связано с разрушением комплексов на основе вакансий селена при повышении концентрации иттербия в легирующем расплаве.

Логично предположить, что это связано с замещением селена исследуемой примесью РЗЭ.

Замещению ионами иттербия ионов селена в узлах решётки благоприятствует легирование кристаллов в процессе отжига в расплаве цинка, который, как известно, способствует генерации вакансий селена. Замещение аниона катионом приводит к созданию значительного локального заряда согласно модели развитой в работе Brown et al. [13].

Ионизованная вакансия селена создаёт заряд +2е, а помещение в неё трёхзарядного иона РЗЭ приводит к заряду +5е. Компенсация заряда может достигаться, если ближайшие соседи Yb3+, 4 иона Zn2+ в узлах тетраэдра, будут замещены однозарядными ионами, например, Cu+ или ионами других элементов I группы. В этом случае будет формироваться кластер из иона РЗЭ, окружённого четырьмя однозарядными ионами, общий заряд которого будет +е. В результате происходит одновременная компенсация мелких донорных и акцепторных примесей. Например, уменьшается концентрация донорных дефектов VSe в результате их заполнения ионами легирующей примеси, а так же донорных комплексов, сформированных при участии вакансий селена, например [LiZn,VSe], одновременно с этим происходит формирование кластеров иттербий-акцепторные дефекты, для компенсации локального заряда.

Рис.3. Спектры ФЛ кристаллов ZnSe:Yb (1 - 0.00 ат. Рис. 4. Спектры поглощения в ИК %; 2 - 0.03 ат. %; 3 - 0.30 ат. %; 4 - 1.00 ат. %; 5 - 6.00 области длин волн кристаллов ат. %) в ближней ИК области спектра при Т=6K. На ZnSe:Yb c различной вставке: зависимость интенсивности полосы ФЛ в концентрацией легирующей максимуме от концентрации легирующей примеси. примеси. Т=295 К.

В ближней ИК области спектра ФЛ кристаллов селенида цинка, легированных низкими концентрациями иттербия, при температуре жидкого гелия наблюдается интенсивная широкая (полуширина в спектре кристалла ZnSe:Yb 0,03 ат. % составляет ~265 мэВ) полоса с максимумом вблизи 0,82 мкм, не обнаруживаемая в спектрах ФЛ нелегированного кристалла (Рис. 3). Последующее увеличение концентрации иттербия в легирующем расплаве ( 1 ат. %) ведёт к уменьшению интенсивности полосы с максимумом при 0,82 мкм, её незначительному смещению в более длинноволновую область, а так же появлению дополнительного максимума при 0,98 мкм. Структурные полосы излучения в ближней ИК области спектра являются характерной особенностью кристаллов, легированных примесью иттербия [13, 14]. Излучение с максимумом при 0, мкм обычно приписывают внутрицентровым переходам между 2F5/2 и 2F7/2 состояниями иона Yb3+ [14]. Наличие этой характерной полосы излучения подтверждает легирование кристаллов иттербием, а так же его внедрение в кристаллическую решётку селенида цинка в виде трёхзарядных ионов.

Во втором параграфе при комнатной температуре исследованы спектры пропускания образцов ZnSe:Yb, легированных из расплава цинка. Характерной особенностью изученных спектров является уменьшение оптической плотности по мере увеличения концентрации примеси иттербия в расплаве. Увеличение концентрации легирующей примеси от 0,00 до 8,00 ат. % ведёт к почти двухкратному увеличению прозрачности образцов во всём изученном спектральном интервале (Рис. 4). Учитывая схожесть технологических процессов отжига образцов, следует исключить возможность объяснения этого эффекта экстракцией фоновых примесей в легирующий расплав. Можно предположить, что увеличение прозрачности вызвано предложенным ранее механизмом объединения одиночных примесей в кластеры.

В третьем параграфе исследованы температурные зависимости коэффициента Холла и электропроводности кристаллов ZnSe:Yb с различной концентрацией легирующей примеси. Зависимость коэффициента Холла от температуры хорошо объясняется в рамках модели «примесной зоны». Согласно рассматриваемой модели уменьшение концентрации примесных атомов, формирующих примесную зону, должно приводить к росту относительной величины максимума (R H)макс/(RH)ист и смещению его в область низких температур (Рис. 5). Такой характер эволюции температурной зависимости коэффициента Холла в исследованных нами образцах ZnSe:Yb действительно наблюдается, но он имеет место не при уменьшении концентрации легирующей примеси иттербия, а при её увеличении. Именно это и является ярким проявлением эффекта «очистки» кристаллов ZnSe:Yb от неконтролируемой фоновой примеси посредством легирования их примесями РЗЭ. Атомы иттербия внедряясь в кристаллическую решётку ZnSe связывают фоновые примеси в электрически неактивные комплексы, уменьшая тем самым концентрацию одиночных центров фоновой примеси, формирующих примесную зону. Температурная зависимость электропроводности исследованных образцов (Рис. 6) практически полностью определяется температурной зависимостью концентрации свободных электронов, так как их холловская подвижность R H слабо зависит от температуры.

Рис. 5. Температурная зависимость Рис. 6. Температурная зависимость коэффициента Холла в кристаллах n- электропроводности кристаллов n-ZnSe:Yb ZnSe:Yb с различной концентрацией с различной концентрацией легирующей Результаты третьей главы опубликованы в работах [12, 15-21].

В четвёртой главе рассмотрено влияние способа роста и легирования на оптические и фотолюминесцентные свойства кристаллов ZnSe:Cr, показана принципиальная возможность передачи энергии между легирующей примесью и другими примесными и собственными дефектами в кристаллах.

В средней ИК области спектра ФЛ кристаллов ZnSe:Cr наблюдается широкая структурная полоса с несколькими максимумами (Рис. 7). Полуширина этой полосы, а так же соотношение её максимумов сильно зависят от способа легирования кристаллов, концентрации легирующей примеси хрома и температуры. Это позволяет предположить, что полоса с максимумом 2,07 мкм сложная, состоящая из ряда индивидуальных полос.

Сделанное предположение не противоречит известным из литературы сведениям о полосе внутрицентрового излучения двухзарядных ионов хрома в средней ИК области спектра, и в некоторой степени объясняет расхождения в экспериментальных данных, приводимых в литературе, так как вторичные максимумы с достаточной точностью повторяют положения максимумов полосы в средней ИК области спектра, приводимые в других публикациях [22, 23].

Рис. 7. Нормированные спектры ФЛ Рис. 8. Спектры поглощения кристаллов кристаллов ZnSe:Cr в средней ИК области ZnSe:Cr, легированных в процессе роста из длин волн. T=6.5K. Вставка: влияние отжига расплава (a), диффузии из газовой фазы в парах цинка на спектр ФЛ кристалла (b), роста методом химических ZnSe:Cr, легированного из газовой фазы в транспортных реакций (c), диффузии из Если считать полосу с основным максимумом при ~2,07 мкм при комнатной температуре сложной, то можно попытаться ассоциировать её элементарные компоненты с излучательными центрами. Компонента с максимумом при 2,07 мкм, по всей видимости, вызвана собственно внутрицентровыми переходами свидетельствует как концентрационная зависимость её интенсивности, так и её разгорание с повышением температуры, что является следствием увеличения эффективности излучения при повышении температуры [22], а так же её наиболее близкое значение к теоретически рассчитанной энергии перехода между уровнями 5E и 5T2 (0,60 эВ) [23].

Энергетическое положение компоненты с максимумом при 2,2 мкм соответствует глубине залегания комплексов [VZn, AlZn] [24], а компонента 2,4 мкм может быть вызвана ассоциативными дефектами на основе мелкой донорной примеси, роль которой может играть йод, и вакансии цинка [24]. Следует отметить, что предположения о дефектнопримесном составе кристаллов, сделанные при анализе спектров излучения в средней ИК области, хорошо согласуются с предположениями, сделанными при анализе излучения в видимой области спектра. Для проверки предположения об участии комплексов на основе вакансий цинка в формировании полосы в средней ИК области спектра ФЛ был осуществлён отжиг кристаллов ZnSe:Cr в парах цинка (Рис. 7, вставка). Было обнаружено, что отжиг кристаллов ZnSe:Cr в парах цинка, приводящий к уменьшению концентрации вакансий цинка, значительно уменьшает интенсивность полосы в средней ИК области, что хорошо согласуется с предположением об участии излучательных центров на основе вакансий цинка в её формировании [24].

Во втором параграфе приведены результаты исследования оптического поглощения кристаллов ZnSe:Cr в зависимости от способа легирования и концентрации легирующей примеси (Рис. 8). Полоса поглощения вблизи 0,72 эВ, характерная для кристаллов ZnSe:Cr и обусловленная внутрицентровыми переходами в пределах иона Cr 2+ [25], не наблюдается при легировании образцов в процессе роста методом химического переноса пара (Рис. 8с) или в процессе термической диффузии из расплава висмута (Рис. 8d). Наиболее вероятно, это указывает на то, что при подобном легировании хром формирует комплексы с сопутствующими примесями, что приводит к изменению его равновесного зарядового состояния [26]. Легирование хромом в случае кристаллов ZnSe:Cr [I] и ZnSe:Cr [Bi] проявляется только в уменьшении общего пропускания образцов в средней ИК области, аналогичного наблюдаемому в случае образцов, легированных в процессе роста из расплава, или диффузии из газовой фазы. Общее уменьшение уровня пропускания кристаллов, легированных хромом, может быть вызвано изменением концентрации собственных дефектов в процессе легирования [24].

Рис. 9. Спектры ФЛ кристаллов ZnSe (1), Рис. 10. Спектры ФЛ кристаллов ZnSe (1), ZnSe:Cr (2), ZnSe:Yb (3) и ZnSe:Cr:Yb (4) в ZnSe:Cr (2), ZnSe:Yb (3) и ZnSe:Cr:Yb (4) в В третьем параграфе рассмотрено влияние совместного легирования Cr и Yb на спектры излучения кристаллов ZnSe. В видимой области спектра при температуре 6 К были обнаружены 2 полосы: полоса в области экситонного излучения и полоса самоактивированной (СА) люминесценции. Было показано, что совместное легирование селенида цинка примесями хрома и иттербия ведёт к комбинированному влиянию примесей на фотолюминесцентные свойства кристаллов: смещению полосы краевого излучения в коротковолновую область, вызванному связыванием РЗЭ фоновых примесей в оптически пассивные в этой спектральной области кластеры, и общему уменьшению интенсивности свечения, характерному для кристаллов, легированных переходными металлами (Рис. 9).

В средней ИК области спектра ФЛ кристалла, совместно легированного примесями хрома и иттербия, при температуре жидкого гелия была обнаружена полоса с максимумом при 1,7 мкм, перекрывающаяся со сложной полосой в средней ИК области, характерной для кристаллов, легированных хромом. Подобное излучение, охватывающее широкую спектральную область, может быть использовано для разработки твердотельных перестраиваемых лазеров для средней ИК области спектра. В соответствии с ранее изложенной моделью ион иттербия при внедрении в кристаллическую решётку селенида цинка замещает атом селена. Компенсация заряда в этом случае достигается за счёт замещение ближайших соседей в узлах тетраэдра однозарядными ионами, например, Cu +.

В случае кристаллов ZnSe:Cr:Yb ион иттербия, по всей видимости, стабилизирует ионы хрома в однозарядном состоянии в цинковых узлах решётки [27]. В этом случае резонансная передача энергии от одного иона хрома к другому, приводящая к концентрационному гашению ИК излучения в спектрах кристаллов ZnSe:Cr, будет приводить к уширению полосы ИК излучения, наблюдаемому в случае кристаллов ZnSe:Cr:Yb. На основе известных механизмов возбуждения ионов хрома в селениде цинка была предпринята попытка объяснить температурную зависимость впервые обнаруженной полосы излучения в средней ИК области.

Результаты четвёртой главы опубликованы в работах [27-50].

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Полученный экспериментальный материал по исследованию в широком интервале температур зависимости излучательных, оптических и электрических свойств кристаллов селенида цинка от концентрации легирующих примесей иттербия и хрома, а так же выявлению эффектов, возникающих в результате взаимодействия ионов d- и f-элементов между собой, с фоновыми примесными и структурными дефектами, позволяет сделать следующие выводы.

1. Химическое травление легированных кристаллов селенида цинка в растворе хлорида железа (III) позволяет удалить с поверхности образцов затвердевшие остатки легирующего расплава на основе Bi без повреждения кристаллов селенида цинка, чего нельзя добиться при травлении в сильных кислотах.

2. Разработана логическая схема адаптируемого устройства для управления процессом измерения и сбора экспериментальных данных. Адаптация к конкретному типу измерения достигается путём объединения в обособленные взаимозаменяемые программные и электронные узлы всех базовых компонентов устройства и его программного обеспечения. Прототип устройства разработан на примере автоматизации установки по измерению спектральных зависимостей физических величин. Показана возможность адаптации на примере модификации реализованной схемы к исследованию электрических свойств полупроводниковых материалов.

3. Установлено, что в результате легирования кристаллов селенида цинка иттербием посредством высокотемпературного отжига в расплаве цинка трёхзарядные ионы иттербия внедряются в вакансионные узлы селеновой подрешётки, компенсация возникающего в результате этого избыточного локального заряда происходит за счёт формирования кластера на основе иттербия и фоновых акцепторных 4. Показано что структурная полоса в средней ИК области спектра кристаллов ZnSe:Yb с максимумами вблизи 820 нм и 980 нм вызвана внутрицентровыми переходами внутри иона Yb3+ (компонента с максимумом 980 нм) и сопутствующим Возникновение сопутствующего излучения может быть объяснено излучательной рекомбинацией глубоких экситонов, связанных на примеси иттербия, либо излучательной рекомбинацией в пределах ДАП по схеме Пренера-Эппла-Вильямса.

В рамках модели о формировании сопутствующего излучения по схеме ПренераЭппла-Вильямса определена глубина залегания энергетических уровней иттербия в пределах от 1,45 эВ до 1,49 эВ выше потолка валентной зоны.

5. Показано, что увеличение концентрации легирующей примеси иттербия в кристаллах селенида цинка ведёт к увеличению прозрачности кристаллов в интервале длин волн от 500 до 3000 нм в результате уменьшения внутреннего рассеяния в образцах, к увеличению примесной электронной проводимости в результате ослабления рассеяния носителей тока на примесных дефектах, а так же к смещению полосы краевого излучения в область больших энергий, без изменения ширины запрещённой зоны исследуемого материала.

6. Установлено, что излучение, вызванное рекомбинацией экситонов, связанных на двухзарядных ионах хрома, локализуется в области 453,0 нм при температуре жидкого гелия. Используя правило Гайнса, методом экситонной спектроскопии определено энергетическое положение уровня двухзарядных ионов хрома в запрещённой зоне на 0,66 эВ выше потолка валентной зоны.

7. Показано сильное влияние примеси хрома на излучательные свойства кристаллов селенида цинка в видимой области спектра, выражающееся не только в интегральном уменьшении интенсивности свечения, но и в изменении соотношения интенсивностей примесных полос, вызванных ДАП-переходами и СА-люминесценцией, обусловленном процессами резонансной передачи энергии между ионами хрома и фоновыми примесными и структурными дефектами, а так же комплексными дефектами на их основе.

8. Установлено, что полоса излучения в средней ИК области спектра, с максимумом локализованным вблизи 2,07 мкм, характерная для спектров фотолюминесценции кристаллов ZnSe:Cr, является комплексной и формируется не только внутрицентровыми излучательными переходами ионов Cr 2+, как считалось ранее, а так же и излучательными переходами с участием комплексных дефектов на основе фоновых примесей и вакансий цинка. Предложена и обоснована модель, согласно которой внутрицентровое излучение хрома является активатором свечения в этой области спектра ФЛ.

9. Показано, что совместное легирование кристаллов селенида цинка примесями хрома и иттербия ведёт к комбинированному влиянию этих примесей на структуру люминесцентного спектра: смещению полосы краевого излучения в область больших энергий без формирования твёрдых растворов или разделения фаз, изменению соотношения интенсивностей компонент полосы СА-люминесценции и уменьшению интегральной интенсивности излучения в видимой области спектра фотолюминесценции кристаллов ZnSe:Cr:Yb.

10. В средней ИК области спектра фотолюминесценции криcталлов ZnSe:Cr:Yb обнаружена широкая полоса, сохраняющая спектральные особенности, характерные для полосы излучения в средней ИК области спектра кристаллов ZnSe:Cr. Cлабоизменяющаяся интенсивность в области длин волн от 1,6 мкм до 2, мкм новой обнаруженной полосы позволяет считать, что она может быть использована для разработки твердотельных перестраиваемых лазеров, работающих в средней ИК области спектра. Предложена модель, объясняющая формирование этой полосы в спектре излучения кристаллов ZnSe:Cr:Yb в результате перекрытия структурной полосы, ранее описанной в спектрах фотолюминесценции кристаллов ZnSe:Cr, и новой полосы излучения с максимумом при 1,69 мкм, возникающей в результате передачи энергии от одиночных ионов Cr 2+ ионам Cr+, стабилизированным в цинковых узлах кристаллической решётки трёхзарядными ионами иттербия.

Исследования фотолюминесцентных, оптических и электрических свойств кристаллов селенида цинка, легированного ионами иттербия указывают на формирование пассивных центров на основе иона легирующей и фоновых примесей, не участвующих в электронных и излучательных процессах. При достаточно больших концентрациях легирующей примеси возможна перекомпенсация основной примеси с последующей сменой типа проводимости, что может быть использовано при создании барьерных структур, необходимых для разработки оптоэлектронных приборов.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. V. Philippov.a. Passively Q-switched Er-Yb double clad fiber laser with Cr 2+:ZnSe and Co2+:MgAl2O4 as a saturable absorber. n: Proc. SPIE 5335. Fiber Lasers: Technology, Systems, and Applications 8. San Jose, 2004, doi:10.1117/12.524767.

2. X.Xu.a. Infrared (1,2–1,6 µm) luminescence in Yb, Cr:YAG with 940 nm diode pumping. n:Materials Science and Engineering B, 2005, nr. 117, p. 17–20.

3. V.V. Fedorov.a. En route to electrically pumped broadly tunable middle infrared lasers based on transition metal doped II–VI semiconductors. n: Journal of Luminescence, 2007, nr. 125, p. 184–195.

4. L.D. DeLoach.a.. New Infrared Solid State Laser Materials for CALIOPE. Preprint.

UCRL-JC-118151. California, 1994. 12 p.

5. G.F. Neumark. Wide bandgap light-emitting devices materials and doping problems. n:

Mat. Letters, 1997, nr. 30 (2-3), p. 131-135.

6. Jun Dong, Peizhen Deng, Jun Xu. Spectral and luminescence properties of Cr 4+ and Yb3+ ions in yttrium aluminum garnet (YAG). n: Optical Materials, 2000, nr. 14, p. 109-113.

7. I.Radevici, D. Nedeoglo, E.Goncearenco. Elaboration of adaptive programmable device for automatic acquisition of experimental data. n: Instruments and experimental techniques, 2012, nr. 55 (2), p. 203 – 208.

8. Gutsul T.D., Nedeoglo N.D., Radevici I.V., Sobolevskaia R.L., Sushkevich K.D., Petrenko P.A. Solvatothermal synthesis of nanoscale zinc selenide. n:

Abstract

book of the 5th International Conference on Materials Science and Condensed Matter. Chiinu: 2010. p.

9. C. Sushkevich, A. Coval, I.Radevici, D.Nedeoglo. Photoluminescence of crystals annealed in the Bi(Zn) melts with Gd. n: Materialele conferin ei tiin ifice, consacrate aniver srii a 65-a a USM. Chiinu: 2011. p. 127 – 129.

10. S. Godoroja, D. Nedeoglo, I.Radevici. Studierea posibilitilor de interconectarea direct a modulelor precompilate (plug-in). n: Materialele conferinei tiinifice studeneti “Educaie prin cercetare – garant al performanei nvmntului superior”. Chiinu:

2012. p. 98 – 99.

11. R.N. Bhargava.a. Donor-acceptor pair bands in ZnSe. n: Phys. Rev. B, 1979, nr. 20 (6), p. 2407-2419.

12. I. Radevici, K.Sushkevich, V.Sirkeli, H. Huhtinen, D. Nedeoglo, P. Paturi. Luminescent properties of the ZnSe:Yb crystals in the visible spectral range. n: Journal of Luminescence, 2013, nr. 143, p. 275-279.

13. M.R.Brown.a. Defect configuration for rare earth ions in zinc selenide. n:J.Phys. C:So lid St. Phys., 1971, nr. 4, p. 2550-2556.

14. H. Przybylinska et al. Recombination processes in Yb-activated ZnS. n: Phys. Rev. B, 1989, nr. 40 (3), p.1748-1755.

15. D. Nedeoglo, I.Radevici, C. Sushkevich, E.Goncearenco. Влияние среды отжига на ФЛ свойства в видимой и ИК областях спектра кристаллов ZnSe:Gd. n: Materialele conferinei LUMCOS-2011. p. 85 – 86.

фотолюминесцентные свойства кристаллов селенида цинка. n: materialele conferinei a tinerilor savani Lomonosov-2012. Moscova: 2012. (publicaie electronic ISBN 978-5-317-04041-3).

17. G.Colibaba, D. Nedeoglo, I.Radevici. Influence of the growth temperature and annealing media on the PL properties of the ZnSe:Yb crystals in the mid-IR spectral region. n:

Abstract book of the 6th International Conference on Materials Science and Condensed Matter. Chiinu: 2012. p. 160.

18. I.V.Radevici, V.P. Sirkeli, K.D.Suchevich, Influence of the Yb impurity concentration on the ZnSe PL intensity in the visible spectral range. n: Abstract book of the 6th International Conference on Materials Science and Condensed Matter. Chiinu: 2012. p. 161.

19. G.Colibaba, E.Goncearenco, D. Nedeoglo, I.Radevici. Study of the ZnSe:Yb mid-IR PL bands temperature evolution”. n: Materialele conferinei tiinifice «Interferente universitare — integrare prin cercetare si inovare». Chiinu: 2012. p. 115.

20. N.Nedeoglo, I.V.Radevici, V.P. Sirkeli, K.D.Suchevich. Photoluminescent properties of zinc selenide crystals annealed in Bi+Yb melt. n: Materialele conferin ei tiin ifice «Interferente universitare — integrare prin cercetare si inovare». Chiinu: 2012. p. 113.

21. I. Radevici, K.Sushkevich, V.Sirkeli, H. Huhtinen, D. Nedeoglo, P. Paturi. Photoluminescent properties of the ZnSe:Yb crystals in the excitonic region. n: Abstract book of CLEO/Europe-IQEC Conference. Munich: 2013. p. 830.

22. M.Godlewski.a. Impurity states in transient metal semiconductors: mechanisms of radi ative and nonradiative recombination in ZnSe:Cr and ZnSe:Fe. n: Low Temperature Physics, 2004, nr. 30 (11), p. 891-896.

23. Yi-Yang Zhou, Fu-Zhen Li. Excitation levels, fine-structure splittings of ground state and EPR parameters in ZnSe:Cr2+. n: J. Phys. Chem. Solids, 1998, nr. 59 (6-7), p. 1105-1110.

24. I. Radevici, K.Sushkevich, V.Sirkeli, H. Huhtinen, N. Nedeoglo, D. Nedeoglo, P. Paturi.

Influence of chromium interaction with native and impurity defects on optical and luminescence properties of ZnSe:Cr crystals. n: Journal of Applied Physics, 2013, nr.

114, 203104 (11 p.).

25. J.T.Vallin, G.A. Slack, S. Roberts. Near and far infrared absorption in Cr doped ZnSe. n:

Solid State Communications, 1969, nr. 7, p. 1211-1214.

26. Changsu Kim. Optical, laser spectroscopic, and electrical characterization of transition metal doped ZnSe and ZnS nano-and-microcrystals. Teza de dr. n fizica. Birmingham, 2009. 153 p.

27. I. Radevici. Influence of chromium and ytterbium codoping on the photoluminescence of zinc selenide crystals. Acceptat pentru publicare n Journal of Rare Earths, 2014.

28. I.Radevici, D.Nedeoglo, C.Suchevici. Obinerea i studierea proprietilor luminescente ale cristalelor de seleniur de zinc dopate cu crom. n: Materialele conferinei tiinifice studeneti “Instruire i cercetare – piloni ai societii bazate pe cunoater”. Chiinu:

2007. p. 95.

29. L.L.Culiuc, O.V.Kulicova, D.D.Nedeoglo, I.V.Radevici, A.V.Siminel, V.P.Sirkeli, K.D.Suchevich. Proprietile optice i luminescente ale cristalelor ZnSe:Cr. n:

Materialele conferinei fizicienilor din Moldova (CFM-2007). Chiinu: 2007. p. 87.

30. I.Radevici, D.Nedeoglo, C.Suchevici. Studiul influenii intensitii i energiei de excitare asupra spectrelor fotoluminescenei cristalelor ZnSe:Cr. n: Materialele conferinei tiinifice studeneti “Tineretul de azi – viitorul de mine”. Chiinu: 2008.

31. I.V.Radevici, D.D. Nedeoglo, K.D. Sushkevich. Optical and luminescent properties of ZnSe:Cr crystals. n: Abstract book of 6th International Student Scientific Conference of the Balkan Physical Union (ISCBPU-6). Bodrum: 2008. p. 29.

32. I.V.Radevici, D.D. Nedeoglo, K.D.Sushkevich. The influence of temperature and doping impurity concentration on luminescence properties of ZnSe:Cr crystals. n: Abstract book of the 4th International Conference on Materials Science and Condensed Matter.

Chiinu: 2008. p. 96.

33. I.V.Radevici, D.D. Nedeoglo. Proprietile optice i luminescente ale cristalelor de ZnSe dopate cu elemente din grupa fierului. n: Materialele conferinei tiinifice a masteranzilor i doctoranzilor “Cercetare i inovare – perspective de evoluie i integrare european”. Chiinu: 2009. p. 95-96.

34. I.V.Radevici. Photoluminescence properties of the ZnSe crystals doped with cobalt impurity. n:tezele comunicrilor la conferina tiinific internaional “Proprietile fizice ale substanilor n diverse stri”. Bli: 2009. p. 39-42.

35. R.Laiho, A.V.Lashkul, E.Lahderanta, D.D.Nedeoglo, N.D.Nedeoglo, I.V.Radevici, V.P.Sirkeli, K.D.Sushkevich. Magnetic properties of ZnSe crystals doped with delements' impurities. n: Materialele conferinei fizicienilor din Moldova (CFM-2009).

Chiinu: 2009. p. 75.

36. D.D.Nedeoglo, I.V.Radevici, K.D.Suchevich, A.V.Nicorici, D.P.Dvornicov.

Proprietile fotoluminescente ale cristalelor de ZnSe dopate cu metale de tranziie. n:

Materialele conferinei fizicienilor din Moldova (CFM-2009). Chiinu: 2009. p. 92.

37. D.D.Nedeoglo, I.V.Radevici, R.L.Sobolevskaia, K.D.Sushkevich, A.V. Nicorici, D.P.

Dvornicov. Photoluminescencent properties of the ZnSe crystals doped with transient metals. n: Materialele conferinei tiinifice TIM-2009. Timioara: 2009.

38. D.D.Nedeoglo, I.V.Radevici. Analiza structurii complexe a benzilor de emisie n spectrele cristalelor de ZnSe dopate cu metale de tranziie. n: Materialele conferinei tiinifice a masteranzilor i doctoranzilor “Dezvoltarea cercetrii tiinifice, promovarea i cultivarea creativitii i a nnovrii n procesul instruirii academice”. Chiinu: 2010.

p. 81-82.

39. Е.Гончаренко, Д.Недеогло, И.Радевич. Фотолюминесценция кристаллов ZnSe, легированных кобальтом. n: Materialele conferinei tiinifice a masteranzilor i doctoranzilor “Dezvoltarea cercetrii tiinifice, promovarea i cultivarea creativitii i a nnovrii n procesul instruirii academice”. Chiinu: 2010. p. 75-76.

40. R. Laiho, A.V. Lashkul, E.M. Lhderanta, D. D. Nedeoglo, N.D.Nedeoglo, I.V.Radevici, V.P.Sirkeli, K.D.Sushkevich. Magnetic Properties of ZnSe Crystals doped with Transition Metals. n: EMRS (F – wide bandgap cubic semiconductors: from growth to devices) AIP Conference Proceedings. Strasbourg: 2010. p. 197-200.

41. R. Laiho, A.V. Lashkul, E. Lhderanta, D.D. Nedeoglo, N.D. Nedeoglo, I.V. Radevici, V.P. Sirkeli, K.D. Sushkevich. Magnetic and luminescent properties of ZnSe:Ni rystals.

n: Abstract book of the 5th International Conference on Materials Science and Condensed Matter. Chiinu: 2010. p. 163.

42. L.Prodan, E. Goncerenco, I.Radevici, G.Colibaba. Studierea dependenei de temperatur a benzilor IR din spectrele de fotoluminescena ale cristalelor ZnSe:Cr. n: Materialele conferinei tiinifice studeneti “Politici europene de cercetare i novare: cooperare, idei, oameni i capaciti”. Chiinu: 2011. p. 96 – 97.

43. Е.П. Гончаренко, Д.Д.Недеогло, Г.В. Колибаба, И.В.Радевич. Влияние среды отжига на люминесценцию кристаллов ZnSe:Cr. n: Materialele conferin ei tiin ifice studeneti “Politici europene de cercetare i novare: cooperare, idei, oameni i capaciti”. Chiinu: 2011. p. 98 – 99.

44. G.Colibaba, I.Radevici, D. Nedeoglo, E.Goncearenco. Dependence of the ZnSe:Cr single crystals PL properties on the Fermi level position. n: Materialele conferin ei tiinifice, consacrate aniversrii a 65-a a USM. Chiinu: 2011. p. 124 – 126.

45. G.Colibaba, I.Radevici, D. Nedeoglo, E.Goncearenco. Resonance transmission of energy in ZnSe:Yb:Cr crystals. n: Materialele conferinei LUMCOS-2011. p. 96 – 97.

46. V.P. Sirkeli, D.D. Nedeoglo, N.D. Nedeoglo, I.V. Radevici, R.L. Sobolevskaia, K.D.

Sushkevich, E. Lhderanta, A.V. Lashkul, R. Laiho, J.-P. Biethan, O. Yilmazoglu, D.

Pavlidis, H.L. Hartnagel. Magnetic and luminescent properties of ZnSe:Mn crystals. n:

Abstract book of the 6th International Conference on Materials Science and Condensed Matter. Chiinu: 2012. p. 152.

47. I. Radevici, K.Sushkevich, H. Huhtinen, D. Nedeoglo, P. Paturi. Excitons bound on chromium impurity sites in ZnSe single crystals. n: Abstract book of SPO-2013. Kiev:

2013. p. 45.

48. I.Radevici, D.Nedeoglo, C.Suchevici. Obinerea i studierea proprietilor optice i luminescente ale cristalelor de ZnSe dopate cu crom. n: Analele tiinifice ale Universitii de Stat din Moldova, 2008, Seria Lucrri Studeneti, p. 84 – 87.

49. L.L. Kulyuk, R.Laiho, A.V. Lashkul, E. Lhderanta, D.D.Nedeoglo, N.D.Nedeoglo, I.V.Radevici, A.V.Siminel, V.P. Sirkeli, K.D. Sushkevich. Magnetic and luminescent properties of iron-doped ZnSe crystals. n:Physica B, 2010, nr. 405, p. 4330 – 4334.

50. J.-P. Biethan, H.L. Hartnagel, R. Laiho, A.V. Lashkul, E. Lhderanta, D.D. Nedeoglo, N.D. Nedeoglo, D. Pavlidis, I.V. Radevici, V.P. Sirkeli, R.L. Sobolevskaia, K.D.

Sushkevich, O. Yilmazoglu. Magnetic and luminescent properties of manganese-doped ZnSe crystals. n: Physica B, 2012, nr. 407, p. 3802-3807.

ADNOTARE

la teza «Procese electronice i radiative n seleniura de zinc dopat cu elemente chimice de tranziie i de pmnturi rare» prezentat de Ivan Radevici pentru acordarea gradului tiinific de doctor n tiine fizice. Chiinu, 2014.

Teza este scris n limba romn i const din introducere, patru capitole, concluzii generale i lista bibliografic, ce conine 134 de surse. Teza conine 126 pagini de text, 73 figuri i 7 tabele. n baza cercetrilor efectuate au fost publicate 37 de lucrri tiinifice, inclusiv 30 de rezumate la conferine (dintre care 2 fr coautori), 1 articol n revista na ional de clasa C i articole n reviste cu impact factor (dintre care 1 fr coautori).

Cuvintele cheie: seleniur de zinc, dopare, dopare concomitent, yterbiu, crom, fotoluminescen, absorbie optic, proprieti electrice, defecte impuritare i native, exciton, complex impuritar-excitonic, automatizare.

Scopul tezei de fa const n studiul n diapazonul larg de temperaturi a dependen ei proprietilor radiative, optice i electrice ale cristalelor seleniurii de zinc de concentra ia impuritilor dopante de crom i yterbiu, evidenierea efectelor ce apar datorit interac iunii ionilor de elemente d- i f- att ntre ele, ct i cu impuritile de fon sau defectele native.

n teza este elaborat i argumentat model de ncorporare a ionilor Yb 3+ n nodurile vacante ale subreelei seleniului din cristalele ZnSe, dopate n procesul de tratare termic n topitur Zn+Yb. Este demonstrat, c doparea seleniurii de zinc cu yterbiu aduce la mrirea transparenei spectrale a cristalelor n domeniul lungimilor de und 500 – 3000 nm. Este expus i argumentat ipoteza despre structura complex a benzii din domeniul mediu infrarou al spectrului de emisie a cristalelor ZnSe:Cr, care anterior se asocia numai cu tranzi iile intracentrale n limitele ionului Cr2+. A fost detectat influena combinat a elementelor chimice de tranziie i de pmnturi rare asupra proprietilor fotogene ale cristalelor seleniurii de zinc.

Studiul efectuat a permis soluionarea unei probleme tiinifice importante: mecanismul efectului de purificare, care apare n rezultatul doprii cristalelor seleniurii de zinc cu impuritatea de Yb, este bazat pe compensarea simultan a defectelor impuritare donoare i acceptoare.

Cercetarea proprietilor fotoluminescente, optice i electrice ale cristalelor seleniurii de zinc, dopate cu ionii de yterbiu, indic asupra formrii n baza impuritilor necontrolate de fon i ionului impuritii dopante a centrelor pasive, care nu particip la tranziiile electronice i radiative.

АННОТАЦИЯ

диссертации Радевича И.В. «Электронные и излучательные процессы в селениде цинка, легированном переходными и редкоземельными химическими элементами», представленной на соискание учёной степени доктора физических наук. Кишинёв, 2014.

Диссертационная работа написана на румынском языке, состоит из введения, четырёх глав, общих выводов и списка литературы из 134 наименований. Работа содержит 126 страниц текста, 73 рисунка и 7 таблиц. На основе проведённых иследований были опубликованы 37 работ, включая 30 тезисов на коференциях (из них 2 без соавторов), статью в национальном журнале класса C и 6 статей в журналах с импакт фактором (из них 1 без соавторов).

Ключевые слова: селенид цинка, легирование, совместное легирование, иттербий, хром, фотолюминесценция, оптическое поглощение, электрические свойства, примесные и собственные дефекты, экситон, экситонно-примесный комплекс, автоматизация.

Целью данной работы является исследование в широком интервале температур зависимости излучательных, оптических и электрических свойств кристаллов селенида цинка от концентраций легирующих примесей иттербия и хрома, выявление эффектов, возникающих в результате взаимодействия ионов d- и f-элементов между собой, а так же с фоновыми примесными и структурными дефектами.

В работе разработана и обоснована модель внедрения иона Yb3+ в вакансионные узлы селеновой подрешётки кристаллов ZnSe, легированных в процессе выскотемпературного отжига в расплаве Zn+Yb. Показано, что легирование селенида цинка иттербием ведёт к увеличению оптической прозрачности кристаллов в интервале длин волн 500 – 3000 нм. Высказано и обосновано предположение о сложной структуре полосы излучения кристаллов ZnSe:Cr в средней инфракрасной области, ранее приписываемой исключительно внутрицентровым переходам в пределах иона Cr 2+.

Установлено комбинированное влияние примесей переходных металлов и редкоземельных элементов на излучательные свойства селенида цинка.

В результате выполненных исследований была решена важная научная проблема:

установлен механизм эффекта очистки кристаллов селенида цинка от фоновых примесей в процессе легирования их примесью иттербия, обусловленный одновременной компенсацией донорных и акцепторных дефектов. Исследование фотолюминесцентных, оптических и электрических свойств кристаллов ZnSe:Yb указывает на формирование на основе ионов иттербия и фоновых примесей пассивных центров, которые не участвуют в электронных и излучательных процессах.

SUMMARY

of the thesis «Electronic and emission processes in zinc selenide doped with transient and rareearths chemical elements» submitted by Ivan Radevici for a doctoral degree in physics. Chisinau, 2014.

The thesis is written in the Romanian language and consists of introduction, four chapters, general conclusions and bibliography, which includes 134 sources. The thesis contains 126 pages of text, 73 figures and 7 tables. The results obtained in the study are published in scientific papers, including 30 abstract on conferences (2 of them without co-authors), 1 article in the national journal of the C class and 6 articles in the journals with impact factor (1 of them without co-authors).

Key words: zinc selenide, doping, co-doping, ytterbium, chromium, photoluminescence, optical absorption, electrical properties, native and impuity defects, exciton, exciton-impurity complex, automation.

The aim of the thesis consists in study within a large temperature interval of the zinc selenide emission, optical and electrical properties dependences on concentration of ytterbium and chromium doping impurities, revealing of the effects caused by interaction between d- and felements ions, as well as caused by their interaction with the background impurities and native defects.

A model about implantation of Yb3+ ions in selenium vacant nodes of ZnSe crystals, doped by hightemperature annealing n Zn+Yb melt, was developed and argued in the thesis. It was shown that ytterbium doping of zinc selenide results in increase of the crystals optical transparency within 500 – 3000 nm spectral range. It was argued that the band in the infrared range of ZnSe:Cr crystals emission spectra, which previously was associated exclusively with intrashell transitions within Cr2+ ions, is complex and contains both chromium intrashell emission and emission caused by transitions with participation of native and background defects. A joint influence of transient and rare-earths chemical elements on the emission properties of the zinc selenide crystals was revealed.

The study carried out in the thesis allowed to solve an important scientific problem: the mechanism of the purification effect, which appears because of zinc selenide doping with ytterbium, is caused by simultaneous compensation of donor and acceptor defects. The study of photoluminescent, optical and electrical properties of ZnSe crystals doped with ytterbium ions reveals formation of passive centers, based on Yb and background impurities. This centers do not participate neither in electronic or emission transitions.

РАДЕВИЧ ИВАН ВЛАДИМИРОВИЧ

ЭЛЕКТРОННЫЕ И ИЗЛУЧАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В

СЕЛЕНИДЕ ЦИНКА, ЛЕГИРОВАННОМ ПЕРЕХОДНЫМИ И

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ХИМИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

134.01 – ФИЗИКА И ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ диссертации на соискание учёной степени доктора физических наук Подписано в печать: 17.06.2014 Формат 60x84 1/

UNIVERSITATEA DE STAT DIN MOLDOVA

RADEVICI IVAN

PROCESE ELECTRONICE I RADIATIVE N SELENIURA DE

ZINC DOPAT CU ELEMENTE CHIMICE DE TRANZIIE I DE

PMNTURI RARE

134.01 – FIZICA I TEHNOLOGIA MATERIALELOR

Похожие работы:

«Аннотация учебной дисциплины Иностранный язык (английский) Направление подготовки: 230700.62 Прикладная информатика Профиль подготовки: Прикладная информатика в химии Форма обучения: очная Курс: 1, 2 1. Дисциплина Иностранный язык (английский) относится к дисциплинам базовой части гуманитарного, социального и экономического цикла. 2. Целями преподавания дисциплины Иностранный язык (английский) являются: - практическая: приобретение студентами коммуникативной компетенции, уровень которой...»

«2013 год – год окружающей среды Министерство образования Московской области Академия информатизации образования Академия социального управления АНО ВПО Московский гуманитарный институт Ataturk Universty Kazim Karabekir Educational Faculty Primary Education Department ГОУ ВПО Международный университет природы, общества и человека Дубна Институт информатизации образования РАО Московский государственный университет экономики, статистики и информатики МОУ Институт инженерной физики ООО...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ САРАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ И ПЕРЕПОДГОТОВКИ РАБОТНИКОВ ОБРАЗОВАНИЯ ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ: ОПЫТ, ПРОБЛЕМЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ Материалы VII научно-практической конференции Саратов 31 октября – 1 ноября 2008 г. 1 УДК [37.01:002.66](470)(063) И 74 Информатизация образования: опыт, проблемы, перспективы: Материалы научно-практической конференции/под ред. Кулик Е.Ю., Парфеновой А.В. – Саратов: ООО Издательство Научная книга, 2008. – 96 с....»

«Учреждение Российской академии наук Вычислительный центр им. А.А. Дородницына РАН Центральный аэрогидродинамический институт им. профессора Н.Е. Жуковского Московский физико-технический институт (государственный университет) Международная конференция по прикладной математике и информатике, посвященная 100-летию со дня рождения академика А.А. Дородницына ВЦ РАН, Москва, Россия, 7–11 декабря 2010 г. Тезисы докладов International Conference on Applied Mathematics and Computer Science Dedicated to...»

«Третья всероссийская научно-практическая конференция по имитационному моделированию и его применению в наук е и промышленности ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ИММОД-2007 Сборник докладов ТОМ II Генеральный спонсор конференции ООО Экс Джей Текнолоджис www.anylogic.ru Санкт-Петербург 2007 ISBN 978-5-98361-048-4 СОСТАВИТЕЛИ А. М. Плотников, Б. В. Соколов Компьютерная верстка Л. П. Козлова Редактирование Е. П. Смирнова, Н. Н. Елгина © ФГУП ЦНИИ технологии судостроения, 2007 Уважаемые...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ (ФГУ ГНИИ ИТТ ИНФОРМИКА) FEDERAL PUBLIC INSTITUTION STATE RESEARCH INSTITUTE OF INFORMATION TECHNOLOGIES AND TELECOMMUNICATIONS (SIIT&T INFORMIKA) ЦЕНТР ПРИКЛАДНЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ УНИВЕРСИТЕТА КОДЖАЕЛИ KOCAELI UNIVERSITY APPLIED MATHEMATICAL SCIENCE RESEARCH CENTER НАЦИОНАЛЬНЫЙ ФОНД ПОДГОТОВКИ КАДРОВ NATIONAL TRAINING FOUNDATION РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ...»

«Статья размещена по адресу: http://scepsis.ru/library/id_2017.html Константин Иночкин В поле каждый колосок В Париже проходит конкурс генетиков. Третье место заняли французы с гибридом дыни и земляники: размер, как у дыни, вкус — как у земляники. Второе место заняли американцы с гибридом груши и огурца: вид, как у огурца, а вкус — как у груши. Первое место заняли российские генетики. — Мы скрестили арбуз с тараканами, — заявили они на пресс-конференции. — Его разрезаешь, а косточки сами...»

«Доклады по компьютерным наук ам и информационным технологиям 02 Издается с 2012 года Основатели и первые редакторы серии: Д. И. Игнатов, Р. Э. Яворский Редакционный совет Александр Авдеев, Intel, Россия, Москва Сергей Белов, IBM, Россия, Москва Александр Гаврилов, Microsoft, Россия, Москва Виктор Гергель НИУ Нижегородский Государственный Университет им. Н.И. Лобачевского, Россия Нижний Новгород Александр Гиглавый Лицей информационных технологий, Россия, Москва Дмитрий Игнатов НИУ Высшая Школа...»

«Доклады по компьютерным наук ам 01 и информационным технологиям Издается с 2012 года. www.LectureNotes.ru Редакционный совет Александр Авдеев, Intel, Россия, Москва Сергей Белов, IBM, Россия, Москва Александр Гаврилов, Microsoft, Россия, Москва Виктор Гергель НИУ Нижегородский Государственный Университет им. Н.И. Лобачевского, Россия Нижний Новгород Александр Гиглавый Лицей информационных технологий, Россия, Москва Дмитрий Игнатов НИУ Высшая Школа Экономики, Россия, Москва Михаил Лаврентьев...»

«УДК [519.872+519.876.5] Вторая всероссийская научно-практическая конференция ИММОД-2005 Аналитический обзор Ю.И. Рыжиков, д-р техн. наук, профессор, ВКА им. А.Ф. Можайского, СПб А.М. Плотников, инженер, ФГУП ЦНИИТС, СПб Дан обзор 2-й Всероссийской конференции по имитационному моделированию с точки зрения используемых методов, языков и систем моделирования, практических применений. Отмечены элементы новизны и недостатки докладов. The review of the 2-nd Russian Conference on the Imitation...»

«2011 Методический Вестник ТИМО Советского района Выпуск 1(9) 1 Уважаемые коллеги! Поздравляем вас с Днем Учителя! Учить не значит только объяснять, С такой задачей справится любой. Но лишь учитель может удивлять И увлекать в мир знаний за собой. 2 Содержание Григорова Елена Сергеевна, учитель информатики МОУ гимназии № 4 Использование игровых технологий на уроках информатики для формирования познавательных универсальных учебных действий (выступление на Августовской конференции) _стр 5 Шакирова...»

«Рынки факторов производства в АПК России: перспективы анализа Материалы научной конференции 6-7 июля 2001 г. Голицино - II Москва –2002 103918, Россия, Москва, Газетный переулок, д.5 Тел./Факс (095) 229-65-96, Лицензия на издательскую деятельность НД № 02079 от 19 июня 2000 г. ISBN 5-93255-015-5 Авторы Брок Грегори - Университет штата Миннесота, США Гарднер Брюс –Университет Мэриленда, США Карлова Наталия Алексеевна - Аналитический центр агропродовольственной экономики, Россия Киселев Сергей...»

«СТРУКТУРА ГОУ ВПО АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (по состоянию на 27.05.2010) Ректор 1. Конференция научно-педагогических работников, представителей других категорий работников и обучающихся 2. Учный совет 3. Ректорат 4. Первый проректор по экономике и финансам 5. Первый проректор по учебной работе 6. Проректор по научной работе и международным связям 7. Проректор по качеству образовательной деятельности 8. Проректор по учебной работе 9. Проректор по информатизации 10. Проректор по...»

«Министерство образования и наук и РФ филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный индустриальный университет в г. Вязьме Смоленской области (филиал ФГБОУ ВПО МГИУ в г. Вязьме) Республика Беларусь г. Витебск Учреждение образования Витебский государственный университет имени П. М. Машерова Республика Беларусь г. Брест Учреждение образования Брестский государственный технический университет II...»

«UNESCO Moscow Office for Armenia, Azerbaijan, Belarus, the Republic of Moldova and the Russian Federation UNESCO Moscow Office for Armenia, Azerbaijan, Belarus, the Republic of Moldova and the Russian Federation Институт ЮНЕСКО по информационным технологиям в образовании Данная публикация включает расширенные тезисы докладов, представленных на Международной конференции ИИТО-2012 ИКТ в образовании: педагогика, образовательные ресурсы и обеспечение качества, проведенной 13-14 ноября 2012 г. в г....»

«Министерство образования и наук и Российской Федерации Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО Московский государственный университет экономики, статистики и информатики (МЭСИ) Ярославский филиал МЭСИ (ЯФ МЭСИ) Евразийский открытый университет (ЕАОИ) 10-я Международная научно-практическая конференция Эффективность современного маркетинга Сборник статей участников конференции Ч.2 Ярославль 2007 УДК 339.138 (082) Э94 Эффективность современного маркетинга: Сборник научных статей 10–й...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова ИННОВАЦИОННОМУ РАЗВИТИЮ АПК – НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Сборник научных статей Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н. Прянишникова (Пермь, 18 ноября 2010 года)...»

«Министерство образования и наук и РФ филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный индустриальный университет в г. Вязьме Смоленской области (филиал ФГБОУ ВПО МГИУ в г. Вязьме) Республика Беларусь г. Брест Учреждение образования Брестский государственный технический университет I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СОВРЕМЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬ И ЕГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ г. Вязьма УДК...»

«28.11.2011 № 264 О проведении VII Международной научно-методической конференции Дистанционное обучение – образовательная среда XXI века В соответствии с планом проведения научно-организационных мероприятий Министерства образования Республики Беларусь на 2011 год для обмена опытом в области информатизации образования, обсуждения проблем, методов и подходов в решении вопросов, связанных с внедрением и функционированием дистанционного обучения, обобщения опыта, координации и интеграции усилий...»

«Математическое и компьютерное моделирование 24 сентября в биологии и химии. Перспективы развития. 2013 II Международная научно-практическая виртуальная конференция Тематика конференции Приглашение Важные даты 6Математический и компьютерный анализ Лаборатория биоинформатики и 12.09.13 - окончание регистрации данных молекулярного моделирования Института 13.09.13 - загрузка тезисов 8Компьютерные технологии в биологии фундаментальной медицины и биологии hКинетические модели 20.09.13 - оплата...»









 
2014 www.konferenciya.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Конференции, лекции»

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.