Процессы излучательной рекомбинации в дисульфидах переходных металлов 2H-WS2 и 2H-MoS2
|
СтатусДиссертация была зашищена 15 марта 2006Утверждена Национальным Советом 27 апреля 2006 Автореферат – 0.34 Mb / на румынском – 0.48 Mb / на русскомДиссертацияCZU 621.315.592
|
Аннотация
Диссертационная работа посвящена комплексному исследованию процессов излучательной рекомбинации в монокристаллах дисульфидов переходных металлов (TX2) 2H-WS2:(Br2, I2) и 2H-MoS2:Cl2. Монокристаллы TX2 получены газотранспортным методом, используя I2, Br2 and Cl2 в качестве транспортных агентов. Внедрение двухатомных молекул галогена в слоистые кристаллы осуществлялось непосредственно в процессе их роста.
Спектры фотолюминесценции (ФЛ) полученных TX2 соединений состоят из двух областей: экситонной области, расположенной вблизи непрямой запрещенной зоны и состоящей из нескольких узких бесфононных линий и их фононных повторений, и широкой вибронной полосы, расположенной в области более низких энергий. Спектр ФЛ природного молибденита, в котором нет примеси галогена, содержит только широкую полосу.
Для синтетических образцов обнаружены, по крайней мере, по три основные экситонные линии, расположенные в области 1,32–1,34эВ для 2H-WS2:(Br2, I2) и 1,17–1,19эВ для 2H-MoS2:Cl2, приписаныe рекомбинации экситонов, связанных на нейтральных центрах, формируемых молекулами галогена. Энергетические уровни соответствующие этим центрам, распложены на 0,1эВ ниже зоны проводимости. Центры проявляют свойства сходные с изоэлектронными примесям в GaP или Si, обеспечивая эффективную излучательную рекомбинацию. Возрастание температуры приводит к перераспределению интенсивности экситонных линий. При Т>50K наступает экспоненциальное температурное гашение всего экситонного излучения с энергией активации 0,1эВ.
Широкая полоса имеет максимумы при 0,97эВ для 2H-WS2:(Br2, I2) и 0,95эВ для 2H-MoS2:Cl2 и связана с рекомбинацией неравновесных носителей через глубокие центры, обусловленные собственными дефектами кристаллической решетки слоистых материалов. Анализ температурной зависимости интенсивностей экситонной и широкополосной люминесценции, свидетельствует о том, что излучательная и безызлучательная рекомбинации через глубокие уровни шунтируют экситонную рекомбинацию.
Построена однокоординатная конфигурационная диаграмма для глубоких центров, расположенных на 0,41эВ и 0,27эВ ниже дна зоны проводимости для 2H-WS2 и 2H-MoS2 соответственно. Разработана кинетическая модель экситонной рекомбинации в условиях термического равновесия, описана температурная зависимость интенсивностей спектральных экситонных линий и кинетики послесвечения. Описано перераспределение интенсивностей экситонных линий в зависимости от температуры, с учетом существования рекомбинационного безизлучательного канала. Нетипичное температурное возрастание постоянной времени послесвечения экситонной ФЛ обнаруженное для 2H-WS2:(Br2,I2) при 2-7K объяснено присутствием промежуточного возбужденного долгоживущего состояния, расположенного на 0,3 мэВ выше нижайшего экситонного уровня.
Показано, что излучательные свойства синтетических кристаллов TX2 обусловленны интеркалированными молекулами галогена, однозначно встраивающимися в решетку слоистых кристаллов благодаря точному соответствию размеров этих молекул и размеров тетраэдрических межслойных пустот в кристаллической решетке дихалькогенидов переходных металлов.
Содержание
- 1.1. Основные кристаллофизические свойства слоистых дисульфидов переходных металлов
- 1.2. Зонная структура и оптические свойства дисульфидов переходных металлов
- 1.3. Методы получения соединений WS2 и MoS2. О влиянии интеркаляции на свойства слоистых монокристаллов
- 1.4. Фотоэлектрохимические свойства дисульфидов переходных металлов и их применение для создания фотогальванических солнечных элементов
- 1.5. Фулереноподобные структуры и нанотрубки из дисульфидов переходных металлов
ГЛАВА II. Фотолюминесценция кристаллов дисульфидов переходных металлов 2H-WS2 и 2H-MoS2
- 2.1. Получение и основные электрофизические свойства монокристаллов дисульфидов вольфрама и молибдена
- 2.2. Экспериментальная установка для исследования фотолюминесценции
- 2.3. Спектральные и температурные характеристики стационарной фотолюминесценции монокристаллов дисульфида вольфрама WS2:Br2 и WS2:I2
- 2.4. Температурная зависимость постояной времени послесвечения монокристаллов WS2:Br2
- 2.5. Стационарная фотолюминесценция монокристаллов дисульфида молибдена MoS2:Cl2
ГЛАВА III. Модели излучательной и безызлучательной рекомбинации в дисульфидах вольфрама и молибдена
- 3.1. Структурное расположение двухатомных молекул галогена в кристаллической решетке дисульфидов переходных металлов
- 3.2. Квантовая эффективность излучательной рекомбинации связанных экситонов в условиях низкого уровня возбуждения
- 3.3. Температурные зависимости интенсивности бесфононных линий стационарной ФЛ и соотношение времен жизни возбужденных уровней связанных экситонов в монокристаллах 2H-MoS2:Cl2
- 3.4. Однокоординатные конфигурационные диаграммы глубоких излучательных центров в 2H-WS2 и 2H-MoS2.
Официальные оппоненты
- Nicolae Sîrbu
доктор хабилитат, профессор, Технический Университет Молдовы - Vitalii Korotkov
доктор
Диссертации
