Comisia de atestare
Comisia de acreditare
Comisiile de experţi
Dispoziţii, instrucţiuni
Acte normative
Nomenclator
Instituţii
Consilii
Seminare
Teze
Conducători de doctorat
Deţinători de grad
Doctoranzi
Postdoctoranzi
CNAA logo

 română | русский | english


Proprietățile optice și fotoelectrice ale nanocompozitelor din sulfură de galiu/seleniură de galiu-oxid propriu


Autor: Sprincean Veaceslav
Gradul:doctor în ştiinţe fizico-matematice
Specialitatea: 01.04.10 - Fizica şi ingineria semiconductorilor
Anul:2021
Conducător ştiinţific: Mihail Caraman
doctor habilitat, profesor universitar, Universitatea de Stat din Moldova
Consultant ştiinţific: Ion Tighineanu
doctor habilitat, profesor universitar, Institutul de Matematică şi Informatică
Instituţia: Universitatea de Stat din Moldova

Statut

Teza a fost susţinută pe 21 septembrie 2021 în CSS şi se află în examinare la CNAA

Autoreferat

Adobe PDF document1.61 Mb / în română

Teza

CZU [620.3:621.3.049.77](043)

Adobe PDF document 7.47 Mb / în română
215 pagini


Cuvinte Cheie

oxid, structuri, tratament termic, compozit, defecte, lamele, cristale, difuzie, reflexie, fotoluminescență, fotoconductibilitate, nivele energetice, dopare, excitoni, fononi

Adnotare

Teza constă dinintroducere, patru capitole, concluzii generale și recomandări, bibliografie din 261 de titluri, 18 anexe, 132 pagini text de bază, 92 figuri, 20 tabele și 49 formule. Rezultatele obținute sunt publicate în 19 lucrări științifice.

Domeniul de studiu: nanotehnologii și nano materiale noi funcționale.

Scopul lucrării și obectivele cercetării: Lucrarea dată are drept scop elaborarea procedeelor tehnologice de obținere a materialelor nanostructurate și a structurilor compozite cu proprietăți optice și fotoluminescente relevante, pe baza semiconductorilor cu DSO din grupa A2IIIB3VI și a semiconductorilor lamelari din monosulfură și monoseleniură de galiu, nedopați și dopați/intercalați cu Zn și Eu și evidențierea perspectivelor de utilizare ale acestora în dispozitive opto- și fotoelectrice, pentru intervalul deomeniului spectral UV. Sinteza compusului β-Ga2O3 nanostructurat, a structurilor (β-Ga2O3)-semiconductor lamelar (GaS, GaSe) și β-Ga2O3-semiconductor cu defecte structurate proprii (Ga2S3 și Ga2Se3), neintercalate și intercalate cu Zn, Ga. Studierea proprietăților structurale, optice și fotoelectrice a acestor compuși și structuri. Determinarea mecanismelor de generare și de recombinare a purtătorilor de sarcină de neechilibru în semiconductori oxidici, în compozite și structuri cu semiconductori nanostructurați, pe baza sulfurii/seleniurii de galiu neintercalați și intercalați cu Ga și Zn. Evaluarea rolului intercalanțiilor Zn și Ga și a ionilor de Eu3+ în formarea spectrelor de emisie luminiscentă a compusului micro- și nanostructurat β-Ga2O3 și a structurilor β-Ga2O3 pe substrat din compușii GaS, GaSe, Ga2S3 și Ga2Se3, neintercalați și intercalați cu Ga și Zn.

Noutatea și originalitatea științifică: Au fost elaborate tehnologii de obținere a compozitelor din micro și nanocristalite din semiconductori din clasa materialelor A2IIIB3VI (Ga2S3 și Ga2Se3) micro- și nanostructurate, din sulfură și seleniură de Zn prin tratat termic în vapori de Zn a monocristalelor GaS, GaSe, Ga2S3 și Ga2Se3. S-a demonstrat că prin tratament termic dirijat în vapori de Zn, se obțin straturi semiconductoare compozite ZnS/Ga2S3 , ZnSe/Ga2Se3, ZnS/GaS și ZnSe/GaSe, din care prin TT în aer se obțin micro și nanocompozite din β-Ga2O3 și ZnO. S-a stabilit corelația dintre tipul nanoformațiunilor de β-Ga2O3 și structura cristalină a semiconductorului supus tratamentului termic în aer. S-a demonstrat că prin TT în aer a monocristalelor de GaSe dopate cu Eu se formează un material compozit din nanoformațiuni de β-Ga2O3:Eu3+ FL în regiunea verde-roșu. Problema științifică soluționată: Prin tratat termic în vapori de Zn și în aer a monocristalelor de GaS, GaSe, Ga2S3 și a policristalelor de Ga2Se3 s-au obținut materiale compozite din micro- și nanocristalite a acestor materiale cu ZnS și ZnSe, nanoformațiuni de β-Ga2O3 și compozite ZnO, cu proprietăți fizice avansate, lărgind aria aplicativă a materialelor cu funcționalități în aplicații opto-electronice.

Semnificația teoretică și valoarea aplicativă a lucrării: S-a stabilit că atomii de oxigen intercalați în sulfurii și seleniurii de galiu, la temperaturi înalte, formează legături chimice care servesc ca germeni de cristalizare a compușilor de ZnS și ZnSe. Tipul nanoformațiunilor de β-Ga2O3 (fire, panglici, granule sau turnuri) formate prin TT la temperaturi înalte pe suprafața sulfurii și seleniurii de galiu, depinde de structura cristalină a substratului și de capacitatea de absorbție a gazelor pe suprafață. Astfel, pe suprafața cristalelor de GaS și GaSe predomină nanofire/nanolame, pe când stratul de β-Ga2O3 obținut pe suprafața cristalelor cu defecte structurale proprii, predomină formațiunile granulare. Pe baza micro și nanocompozitelor de β-Ga2O3, β-Ga2O3-ZnO și β-Ga2O3-:Eu3+, pot fi elaborate surse selective de radiație într-un diapazon larg de lungimi de undă, de la UV până la IR apropiat. S-a stabilit mecanismul de generare recombinare a purtătorilor de sarcină de neechilibru, în micro- și nanoformațiunile de β-Ga2O3 și ZnO. S-a demonstrat posibilitatea utilizării oxidului β-Ga2O3 și a structurilor βGa2O3-GaS ca fotoreceptor pentru regiunea UV și albastru-UV.

Implimentarea rezultatelor științifice: Straturile subțiri micro-structurate de β-Ga2O3:Eu3+ și structurile planare β-Ga2O3-ZnO fiind materiale fotoluminescente la excitare cu radiație UV în ansamblu cu celule solare pe baza de Si lărgește intervalul spectral de fotosensibilitate și respectiv randamentul de conversie luminăelectricitate a acestora. Fotorezistorii pe baza straturilor de β-Ga2O3 pe substrat de sulfură/seleniură de galiu cu sensibilitate în regiunea UV-I (nesensibili la radiația solară la suprafața pământului) pot fi folosite la detectarea surselor de temperatură înaltă, a descărcărilor electrice în gaze și izolatori la liniile de tensiune înaltă.

Cuprins


INTRODUCERE
  • Actualitatea temei și importanța problemei abordate în lucrare
  • Scopul și obiectivele tezei
  • Ipoteza de cercetare
  • Metodologia cercetării științifice
  • Noutatea și originalitatea științifică a lucrării
  • Semnificaţia teoretică și valoarea aplicativă a lucrării
  • Rezultatele știinţifice principale înaintate spre susţinere
  • Aprobarea rezultatelor științifice
  • Publicaţii la tema tezei
  • Volumul și structura tezei
  • Conţinutul de bază al lucrării

1. TEHNOLOGII DE FABRICARE, PROPRIETĂȚI FIZICE ȘI APLICAȚII TEHNICE ALE OXIZILOR GALIULUI
  • 1.1. Tehnologii de fabricare și unele proprietățile fizice ale oxidului β-Ga2O3
  • 1.2. Compoziția chimică și structura compusului β-Ga2O3 nanostructurat
  • 1.2.1. Analiza compoziției prin difracție a razelor X
  • 1.2.2. Spectroscopia Raman
  • 1.2.3. Spectroscopia infraroșie
  • 1.3. Proprietățile optice ale nanoformațiunilor β-Ga2O3
  • 1.3.1. Structura benzilor electronice
  • 1.3.2. Absorbția în regiunea marginii benzii fundamentale
  • 1.3.3. Fotoluminescența compusului β-Ga2O
  • 1.4. Proprietățile fotoelectrice ale compusului β-Ga2O3 și unele aplicații tehnice ale oxidului βGa2O3
  • 1.5. Polimorfismul și unele proprietăți fizice ale sulfurii și seleniurii de Ga............................42
  • 1.6. Concluzii și scopurile lucrării
2. PREPARAREA ȘI CARACTERIZAREA MATERIALELOR. METODICA MĂSURĂRILOR OPTICE ȘI FOTOLUMINESCENTE
  • 2.1. Sinteza compușilor chimici și creșterea monocristalelor de Ga2S3, Ga2Se3, GaS și GaSe
  • 2.2. Analiza structurală a cristalelor de GaS, GaSe, Ga2S3 și Ga2Se3 obținute prin metoda Bridgman
  • 2.3. Analiza structurală a materialului obținut prin tratament termic în atmosferă a cristalelor GaS intercalate cu Zn
  • 2.4. Morfologia și compoziția elementară a nanoformațiunilor de β-Ga2O3
  • 2.5. Metodica măsurărilor spectrelor optice și a fotoluminescenței
  • 2.6. Metodica măsurărilor spectrelor Raman
  • 2.7. Metodica măsurării fotoluminescenței și a luminescenței stimulate termic
  • 2.8. Concluzii la Capitolul 2

3. COMPOZIȚIA CHIMICĂ, STRUCTURA CRISTALINĂ ȘI PROPRIETĂȚILE OPTICE ALE SEMICONDUCTORILOR CU VACANȚE ORDONATE Ga2S3, Ga2Se3 ȘI A OXIZILOR OBȚINUȚI PE BAZA LOR
  • 3.1. Structura cristalină a stratului de Ga2O3 pe substrat din semiconductori cu defecte structurale proprii
  • 3.1.1. Structuri Ga2O3-Ga2S3
  • 3.1.2. Caracterizări optice. Analiza spectrelor Raman
  • 3.2. Structura cristalină și compoziția chimică a materialului obținut pe baza cristalelor β-Ga2Se3
  • 3.2.1. Compoziția elementară și morfologia suprafeței cristalelor de Ga2Se3 supuse tratamentului termic în aer
  • 3.2.2. Analiza structurală pe baza spectrelor Raman
  • 3.3. Proprietățile optice în regiunea marginii fundamentale a benzii cristalelor de Ga2Se3 și ale structurilor Ga2O3-Ga2Se3 obținute prin tratament termic în atmosferă a cristalelor Ga2Se3 ...93 3.3.1. Reflexia difuză în stratul de Ga2O3 pe substrat de Ga2Se3
  • 3.3.2. Lățimea benzii interzise a oxizilor Ga2O3 și ZnO obținuți prin tratament termic în aer a compozitului Ga2Se3-ZnSe
  • 3.4. Fotoluminescența cristalelor Ga2Se3 și a compozitelor obținute prin tratament termic în aer și în vapori de Zn
  • 3.4.1. Fotoluminescența cristalelor de Ga2Se3
  • 3.4.2. Fotoluminescența oxidului Ga2O3 pe substrat de Ga2Se3
  • 3.4.3. Fotoluminescența cristalelor de Ga2Se3 trat terminc în vapori de Zn
  • 3.4.4. Fotoluminescența compozitului β-Ga2O3/ZnO obținut prin tratament termic în aer a compozitului Ga2Se3/ZnSe
  • 3.4.5. Luminescența stimulată termic în compozitele Ga2O3-ZnO-Ga2Se3 și Ga2O3-ZnO-Ga2S3 101
  • 3.5. Concluzii la Capitolul III

4. STRUCTURA CRISTALINĂ, COMPOZIȚIA ȘI PROPRIETĂȚILE OPTICE ALE NANOFORMAȚIUNILOR DE Ga2O3, OBȚINUTE PRIN OXIDARE TERMICĂ A PLĂCILOR DE GaS și GaSe NEINTERCALATE ȘI INTERCALATE CU Zn și Ga
  • 4.1. Structura cristalină a compozitului Ga2O3-GaS
  • 4.2. Morfologia și compoziția elementară a materialelor obținute prin oxidare în aer a monocristalelor de GaS și a compozitelor GaS-ZnS-Ga2S3
  • 4.2.1. Morfologia stratului de Ga2O3 pe substrat de GaSe
  • 4.2.2. Morfologia suprafeței plăcilor de GaS supuse tratamentului termic în vapori de Zn108
  • 4.2.3. Compoziția elementară a materialului obținut prin tratament termic în aer a plăcilor de GaS 110
  • 4.2.4. Compoziția elementară a materialului obținut prin tratament termic în aer a compozitului obținut prin intercalarea cristalelor de GaS cu Zn
  • 4.3. Proprietățile optice a monocristalelor de GaS și a structurilor Ga2O3-GaS și Ga2O3/ZnOGaS-intercalat cu Zn
  • 4.3.1. Spectroscopia Raman a compozitelor obținute prin tratament termic în aer a plăcilor de GaS monocristalin
  • 4.3.2. Analiza marginii benzii de absorbție a structurii Ga2O3-GaS
  • 4.3.3. Analiza spectrelor optice ale compozitului Ga2O3-ZnO pe substrat de GaS intercalat cu Zn 121
  • 4.3.4. Fotoluminescența monocristalelor de β-GaS și β-GaS intercalat cu Zn
  • 4.3.5. Fotoluminescența compozitului obținut prin tratament termic în aer a monocristalelor de GaS neintercalate și intercalate cu Zn
  • 4.4. Structura cristalină, compoziția chimică și morfologia straturilor compozite obținute prin oxidarea monocristalelor de GaSe neintercalate și intercalate cu Zn și G
  • 4.4.1. Structura cristalină a compozitului GaSe-Ga2O3
  • 4.4.2. Structura cristalină a compozitului GaS-Ga2O3 obținut prin tratament termic în aer a cristalelor GaS intercalate cu Ga
  • 4.4.3. Compoziția chimică a compozitului obținut prin oxidarea monocristalelor de GaSe dopate cu Eu
  • 4.4.4. Morfologia stratului de Ga2O3 pe substrat de GaSe
  • 4.4.5. Compoziția elementară a micro- și nanoformațiunilor de β-Ga2O3 pe substrat de GaSe și GaSe intercalat cu Ga și Zn
  • 4.5. Proprietățile optice ale compozitelor obținute prin tratament termic în aer al monocristalelor de GaSe intercalate cu Zn și G
  • 4.5.1. Spectrele Raman
  • 4.5.2. Studiul marginii benzii de absorbție ale structurilor β-Ga2O3/calcogenuri de galiu
  • 4.6. Fotoluminescența cristalelor de GaSe intercalate cu Zn, a compozitului Ga2O3 – ZnO – GaSe:Zn și a compozitului obținut prin oxidarea cristalelor GaSe:Eu
  • 4.6.1. Fotoluminescența cristalelor de GaSe intercalate cu Zn
  • 4.6.2. Fotoluminescența stratului compozit Ga2O3-ZnO pe substrat de GaSe
  • 4.6.3. Fotoluminescența compozitului obținut prin TT în aer a monocristalelor GaSe:Eu
  • 4.7. Fotoconductibilitatea straturilor din nanofire de β-Ga2O3 și a straturilor submicrometrice de β-Ga2O3 pe substrat de GaS
  • 4.8. Concluzii la Capitolul IV

CONCLUZII GENERALE ȘI RECOMANDĂRI
BIBLIOGRAFIE
ANEXE
DECLARAŢIA PRIVIND ASUMAREA RĂSPUNDERII
MULȚUMIRI
CURRICULUM VITAE