Влияние примесей и молекулярного окружения на оптические свойства квантовых точек селенида кадмия (1102604), страница 3
Текст из файла (страница 3)
3 представленыспектрыT/T0(%)Интенсивность поглощения (отн. ед.)0,25КТ CdSeвозб=532 нм102,002,052,102,152,20пропускания и поглощенияколлоидных00,101,95дифференциальногоКТ CdSe сосредним размером 4-4.5 нм2,25Энергия фотона (эВ)Рис. 3. Спектр дифференциального пропускания(символы) и спектр поглощения (сплошная кривая)коллоидного раствора КТ CdSe со средним размером4 нм в додекане. Запаздывание зондирующегоимпульса относительно импульса накачки составлялоΔt = 0 пс (открытые символы) и Δt = 400 пс (закрытыесимволы).в додекане.
Время задержкизондирующегоимпульсаотносительноимпульсанакачки составляло 0 и 400пс. Было обнаружено, что вслучаесинхронизацииимпульсов накачки и зондирования действие импульса накачки приводит кзначительному (до 40%) просветлению образца при энергии фотона 2.13-2.18эВ. В спектре можно выделить узкий пик просветления с максимумом приэнергии фотона 2.15 эВ и шириной полосы на половине высоты около15 мэВ.Полученные результаты объясняются тем, что под действием импульсанакачкиКТ CdSeвозб=532 нм (2.33 эВ)T/T0 (%)зонд=575 нм (2.15 эВ)10происходитвозбуждениеосновногоэкситонногосостояния(переход 1Se→1S3/2). Также вспектре присутствует пик смаксимумомприэнергиифотона 2.20 эВ.
По-видимому,1наличие этого пика связано с04008001200t (пс)Рис. 4. Динамика релаксации дифференциальногопропускания коллоидных КТ CdSe со среднимразмером 4 нм при λзонд = 575 нм (2.15 эВ).13заполнениемфотовозбужденныминосителями уровня 1Pe, а его отсутствие при увеличении времени задержки – сих быстрым переходом на нижележащие уровни. Действительно, согласнолитературным данным время 1P→1S перехода для КТ CdSe со среднимрадиусом R≈2 нм τ < 0.5 пс [7]. При увеличении времени задержки от 0 до 400псмаксимальнаяинтенсивностьдифференциальногопропусканияуменьшается с 37 до 7%, в то время как полуширина спектра значительноувеличивается.
Это объясняется тем, что при увеличении времени задержкипроисходит релаксация фотоиндуцированных носителей заряда в основноесостояние. На рис. 4 представлена динамика релаксации дифференциальногопропускания при энергии фотона 2.15 эВ. Из рисунка видно, что в релаксациюфотоиндуцированного просветления дают вклад два процесса с характернымивременами порядка 100 пс и 2 нс. Спектр дифференциального пропус-кания, атакже динамика его затухания позволяют связать наблюдаемое просветление сзаполнениемфотовозбуж-денныминосителямиуровнейразмерногоквантования электронов и дырок в КТ. Наблюдаемые на начальном этапе(Δt<50 пс) быстрая релаксация просветления ΔT(2.15 эВ) и незначительныйрост длинноволнового плеча ΔT(λ) можно связать с остыванием носителей,сопровождающимся их переходом из более высоколежащих в нижниеэнергетические состояния [8].
Дальнейшая релаксация ΔT(λ) определялась, повидимому, рекомбинацией носителей заряда.В разделе 3.4 обсуждается влияние примесей меди и эрбия наоптические свойства квантовых точек селенида кадмия. На рис. 5представлены спектры ФЛ исходного и легированного медью образцов. СпектрФЛ исходного образца состоит из двух полос. Узкий пик с максимумом приэнергии 2.15 эВ соответствует полосе экситонной ФЛ, максимум которойсдвинут в коротковолновую область вследствие квантового размерногоэффекта. Кроме того, в длинноволновой части спектра присутствует широкаяполоса люминесценции с максимумом при энергии 1.6 эВ. Такой вид спектраФЛ хорошо согласуется с тем, что в рекомбинацию вовлечены уровниповерхностных дефектов, в частности акцепторный уровень с энергией E ≈ Ec14− 0.6 эВ. Из рисунка видно, что легирование нанокристаллов CdSe медьюприводит к тушению экситонной люминесценции и к трансформациинизкоэнергетической полосы спектра ФЛ, которая была аппроксимированасуммой двух гауссовых пиков с максимумами при энергиях 1.6 и 1.4 эВ.Рис.
5. Спектры фотолюминесценции (PL) исходного образца (1) илегированного медью образца КТ Cd(Cu)Se (2). Точки — экспериментальныеданные, сплошные линии — аппроксимация гауссовыми и пиками.По-видимому, полоса ФЛ с максимумом при энергии фотона 1.4 эВсвязана с появлением новых излучательных центров, вызванных введениематомов меди в структуру нанокристалла.Также было обнаружено, что внедрение атомов меди в структурунанокристаллов привело к изменению формы кинетики дефектной ФЛ.
В товремякаккривыебиэекспоненциальнымдефектнойФЛзакономспада,исходногонаилучшаяобразцаописываютсяаппроксимацияФЛлегированного медью образца достигается так называемой «растянутой»экспонентой, которую можно представить в видеI=I0exp[-(t/τ)b],(1)где τ — среднее время жизни ФЛ, b ≤ 1 —параметрнеэкспоненциальности.
Наличие в общем случае немоноэкспоненциальнойвременной зависимости сигнала ФЛ можно объяснить тем, что дефекты,вызванные введением атомов меди в структуру КТ,15локализованы вразличных частях объема КТ, что приводит к статистическому разбросу ихвремен жизни в области низкоэнергетичной полосы ФЛ. Зависимости τ и b отэнергии фотона представлены на рис. 6. Указанные зависимости носятнемонотонный характер. При увеличении энергии фотона с 1.48 до 1.72 эВсреднее время жизни увеличивается с 0.3 до 0.6 мкс, в то время как параметрнеэкспоненциальности становится близким к 1.При дальнейшем увеличении энергии фотона до 1.83 эВ наблюдалосьуменьшение среднего времени жизни до 0.2 мкс.
Указанная немонотоннаязависимость подтверждает гипотезу о том, что вклад в низко-энергетичнуюполосу ФЛ наряду с исходными поверхностными дефектами нанокристалловдают дефекты, вызванные введением атомов меди в структуру нанокристалла.Кроме того, судя по рис. 6, эти примесные дефекты по-разному локализованывнутриобъемананокристалла.Отметим,чтовеличинапараметранеэкспоненциальности приближается к единице не в максимуме полосы ФЛ, ана ее высокоэнергетичном плече (1.72 эВ).
Можно предположить, что ФЛ дляуказанной спектральной области соответствует примеси меди, локализованнойвнутриКТ,атакжеповерхностным дефектам. В тожевремядлянизкоэнергетичнойболееФЛсущественным становится вкладотатомовмедиприповерхностной области КТ.Следующим этапом сталоисследованиеоптическихсвойств легированных эрбиемРис. 6. Зависимости среднего времени спадафотолюминесценции(τ)ипараметранеэкспонен-циальности (b) от энергии фотоновдля образцов КТ Cd(Cu)Se.16КТ Cd(Er)Se. Было обнаружено,что введение эрбия приводит красщеплениюэкситоннойполосы ФЛ КТ Cd(Er)Se.Интенсивность ФЛ (отн. ед.)0,010Cd(Er)Se0,008Aexc = 364 nm0,006T= 300K0,004На120 мэВBрис.7спектрФЛэрбиемКТпредставленлегированныхCd(Er)Se.Изрисунка видно, что в спектреCФЛ присутствуют 3 полосы с1.98 эВ0,002максимумом2.10 эВприэнергиифотона 2.1, 1.98 и 1.6 эВ (пики0,0001,21,41,61,82,02,2А, В и С на рис.
7). Полоса сЭнергия фотона (эВ)Рис. 7. Спектр ФЛ легированных эрбием КТCd(Er)Se со средним размером КТ ~ 3.5 нм.максимумомприэнергиифотона 2.1 эВ соответствуетизлучательной рекомбинации экситонов в КТ. Вклад в полосу с максимумомпри энергии фотона 1.6 эВ дают, по-видимому, как поверхностные дефектыКТ CdSe, такие как вакансии атомов селена, так и дефекты, вызванныевнедрением атомов эрбия в структуру КТ. Была выдвинута гипотеза, чтоспектральная особенность экситонной полосы ФЛ обусловлена штарковскимрасщеплением электрическим полем ионов Er3+ экситонов в КТ.
Эта гипотезазависимостью2.32 эВ0,80,040,020,60,000,42,02,5Cd(Er)Se-CdSeИнтенсивность поглощения (отн. ед.)была подтверждена спектральнойпоглощенияприсутствует пик с максимумом3,0при энергии фотона 2.32 эВ,CdSeCd(Er)Se2,02,22,4легированныхпоглощения раствора КТ Cd(Er)Se0,21,8вэрбием КТ (см. рис. 8). В спектреЭнергия фотона (эВ)0,0коэффициента2,62,8отсутствующийвспектрепоглощения исходного образца.3,0Энергия фотона (эВ)Рис. 8. Спектры поглощения исходного(открытые символы) и легированного эрбиемобразцов (сплошная кривая). На вставкепредставлен разностный спектр поглощения.17СпектрыдифференциальногопропусканияколлоидныхCd(Er)Se,измеренныеКТс0,30t=400 псt=0 псвозб=24 пс0,251000,20502,002,052,102,152,20поглощения коллоидных2001500,151,95400 пс, а также спектр250CdSe(Er)возб=532 нм (2.33 эВ)T()/T0() (%)Интенсивность поглощения (отн. ед.)временами задержки 0 иКТ Cd(Er)Se приведены нарис.Видно,9.чтоуменьшениезадержкизондирующегоимпульса0приводит к резонансному2,25росту дифференциальногоЭнергия фотона (эВ)Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
