Диссертация (1104273), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Таким образом, оба этих оптических процесса имеютодинаковые причины увеличения КРС и эффективности генерации ТГ. В самом деле,увеличение эффективности генерации ТГ в КНН обусловлено увеличением времени жизнифотона, тогда как поглощение на длине волны ТГ уменьшает эффективность этого процесса.Вышеупомянутый рост сигнала ТГ для скрещенных поляризатора и анализатора вызвандеполяризациейсветаврезультатесильногорассеяниясветавКНН.Изменениеориентационных зависимостей для ТГ в КНН в сравнении с подложками c-Si может указыватьна влияние геометрии КНН.
К примеру, разупорядоченные КНН в образце серии A (рис. 2.2а),определяюториентационнуюупорядоченнуюструктурузависимостьТГ,несгруппированныхобразецсериинанонитей(рис.B,имеющий2.2б),болеедемонстрируетанизотропию ТГ, а образец серии C, обладающий менее упорядоченной структуройнепараллельных и сгруппированных нанонитей (рис. 2.2в), показывает почти изотропнуюориентационную зависимость ТГ.Полученные данные из рис.
3.23 и 3.24 для КРС и генерации ТГ, соответственно, овлиянии морфологии КНН на эффективность локализации света подтверждаются измереннымикросс-корреляционными функциями задержки фотонов, которы в образцах КНН серий A-C иисходной подложки c-Si (рис. 3.25). Кросс-корреляционная функция определялась поформуле (2.2) (см. раздел 2.2.5). Измерения кросс-корреляционных функций задержки фотоновс длинами волн 1250 и 625 нм в образцах КНН позволили количественно определить рольморфологии в усилении эффективности линейных и нелинейных оптических процессов. Такдля образца серии А, в котором КНН менее упорядочены (рис 2.2а), времена задержки фотоновпрактически не отличаются от времён для подложки c-Si, определяемых длительностьюиспользуемого импульса τ0 = 80 фс, что свидетельствует о довольно слабой локализации света втакой структуре.
Образцы КНН серий B и С имеют более упорядоченное расположение КНН(рис. 2.2б и 2.2в) и в них наблюдается многократный рост времён, которые достигают значенийτ = 650 фс, что говорит о более эффективной локализации света. Причём эффект увеличениявремени жизни фотона в ансамблях КНН при длине волны равной 625 нм выражен намногослабее чем при длине волны 1250 нм из-за более сильного поглощения и рассеяния(см. рис. 1.3б).
Поэтому на длине волны 625 нм, в отличие от длины волны 1250 нм, отражениена границе КНН-подложка c-Si намного слабее, чем отражение от границы воздух-КНН.87λ = 1250 нм0,4λ = 625 нмc-Si0,5c-Si0,00,0= 80 фс-0,5-0,40400С(τ), отн.ед.80012000,050,2-1000100200300400AA0,00,00-0,20,2= 80 фс-0,05040080012000,20200BB0,04000,0= 650 фс-0,204000,04800= 150 фс-0,21200C0,000,20200400C0,0= 360 фс-0,040400800= 120 фс-0,21200, фс0200400Рис.
3.25. Кросс-корреляционные функции фотонов, измеренные на длинах волн 1250 нм(чёрные кривые) и 625 нм (красные кривые) для исходной подложки (с-Si) и КНН серий А, Ви С (указаны вблизи соответствующих кривых).3.4. Фотолюминесцентные свойства в видимом и инфракрасном диапазонах спектра3.4.1. Межзонная фотолюминесценция ансамблей кремниевых нанонитейСпектры межзонной ФЛ при возбуждении на длине волны 1064 нм образцов КНН сразличным уровнем легирования представлены на рис.
3.26. Для КНН было обнаруженозначительное увеличение интенсивности ФЛ по сравнению с соответствующей подложкой c-Si,на которой были выращены образцы.88Интенсивность ФЛ, отн.ед.Интенсивность ФЛ, отн.ед.Длина волны, мкм1, 0101,01, 0641, 1201, 1901, 2661 - c-Si2-AL = 25 мкм0,820,60,4(а)x1010,20,0-500050010001500Стоксов сдвиг, cм-11, 0101,0Длина волны, мкм1, 0641, 1201, 1901, 266c-SiBL = 20 мкм0,80,6(б)0,40,20,0-500050010001500Cтоксов сдвиг, cм-1Рис. 3.26.
Спектры ФЛ (широкие полосы) (а) образца КНН серии А (кривая 2) и исходнойподложки c-Si (кривая 1); (б) образца КНН серии B (штриховая линия) и исходной подложкиc-Si (сплошная линия).Интенсивности ФЛ слаболегированных подложек c-Si и выращенных на них КННсерии В были сильнее, чем для сильнолегированных (серия А), что можно объяснить темфактом, что в сильнолегированных образцах может наблюдаться дополнительное тушениелюминесценции в результате Оже-рекомбинации носителей заряда [77]. Усиление сигналов ФЛможет быть интерпретировано как проявление эффекта локализации (замедления) света вдиэлектрически неоднородной среде вследствие сильного рассеяния и многократногоотражения.Было изучено влияние серебра на ФЛ в КНН.
На рис. 3.27 представлены спектрыобразцов КНН серии Е1 с частицами серебра и без них, а также исходной пластины c-Si.89Длина волны, мкмИнтенсивность ФЛ, отн.ед.1,01, 0101, 0641, 1201, 1901, 266c-SiКНН + AgКННL = 1,5 мкм0,80,60,40,20,0-5000500Стоксов сдвиг, см10001500-1Рис.
3.27. Спектры ФЛ образцов КНН серии Е1 с частицами серебра (штриховая линия) и безчастиц серебра (пунктирная линия) и исходной пластины c-Si (сплошная линия).Видно, что образец с частицами серебра имеет менее интенсивную ФЛ по сравнению собразцом без серебра и исходной подложкой c-Si, что можно объяснить поглощениемчастицами серебра в ИК области спектра.В эксперименте также были сняты зависимости интенсивности сигналов ФЛ отинтенсивности падающего излучения.
Установлено, что усиление сигнала ФЛ наблюдается прилюбыхинтенсивностяхпадающегоизлучения.Отметим,чтохарактерзависимостиинтенсивности сигнала от интенсивности падающего излучения для нанонитей совпадает сзависимостью сигнала для соответствующей подложки c-Si, на которой были выращены КНН.Так для сильнолегированных образцов КНН серии А зависимость для ФЛ является линейной, адля слаболегированных образцов КНН серии В эта зависимость квадратичная (рис. 3.28).Данный эффект, по-видимому, связан с наличием собственных носителей зарядов всильнолегированных образцах КНН, что влияет на процесс межзонной излучательнойрекомбинации [163]:гдеи- концентрация носителей заряда электронов и дырок, соответственно, способныхрекомбинировать,и- концентрация равновесных носителей электронов и дырок,соответственно, аи- концентрация неравновесных носителей электронов и дырок,соответственно.90Интенсивность ФЛ, отн.ед.c-SiA10(а)10,252,52Интенсивность ФЛ, отн. ед.Интенсивность возбуждения, Вт/смc-SiB100001000100(б)100,252,52Интенсивность возбуждения, Вт/смРис.
3.28. Зависимость интенсивности ФЛ от интенсивности падающего излучения для(а) образца КНН серии А (треугольники) и исходной подложки c-Si (квадраты); (б) образцаКНН серии В (треугольники) и исходной подложки c-Si (квадраты).Таким образом в сильнолегированных образцах КНН серии А основной вклад вмежзонную ФЛ даёт слагаемоеиз-за чего зависимость интенсивности ФЛ отинтенсивности падающего излучения является линейной, а в слаболегированных образцах КННсерии В основной вклад даёт слагаемоеи зависимость квадратичная (так как=).Ранее подобные зависимости интенсивности ФЛ от интенсивности возбуждения наблюдались вслоях мезопористого ПК [164].
Отклонения от данных зависимостей наблюдаются при малыхмощностях падающего излучения, что связано с недостаточным уровнем возбуждения, и приочень больших мощностях, когда наступает насыщение (рис. 3.28б). Наблюдаемый эффект91усиления сигналов ФЛ можно интерпретировать как увеличение эффективного объёмавзаимодействия возбуждающего излучения с веществом.На рис. 3.29 представлены спектры ФЛ образцов КНН серии Е5 различной длины иисходной подложки c-Si. Как видно из рисунка, усиление ФЛ от КНН по сравнению сподложкой c-Si наблюдается при любой длине КНН. Однако данное усиление немонотоннозависит от длины КНН.Интенсивность, отн.ед.1,01, 010Длина волны, мкм1, 0641, 1201, 1901, 266c-SiL = 0,4 мкмL = 1,0 мкмL = 29 мкм0,80,60,40,20,0-50005001000Стоксов сдвиг, см-11500Рис.
3.29. Спектры ФЛ образцов КНН серии Е5 различной длины и исходной подложки c-Si.Была построена зависимость интенсивности максимума сигнала ФЛ от длины КННсерий Е3-Е5, отличающихся качеством исходной подложки c-Si (рис. 3.30). Характерзависимости интенсивности ФЛ от длины КНН одинаков для всех трёх серий образцов.Отличие состоит лишь в значении интенсивности ФЛ, которое обусловлено различнымзначением времени жизни фотовозбуждённых носителей заряда (см. табл. 2.4). Видно, чтоинтенсивность ФЛ возрастает при начальном росте КНН, что связано с образованиемнаноструктуры и с локализацией света в ней.
При этом в диапазоне от 0,1 до 2 мкм усилениеинтенсивности ФЛ происходит по логарифмическому закону, как и для КРС (рис. 3.20), и этоусиление тем больше, чем больше время жизни фотовозбуждённых носителей заряда(см. табл. 2.4). Однако при достижении длины 2-3 мкм, интенсивность ФЛ начинает падать,вследствие уменьшения эффективного поглощения возбуждающего излучения. Тем не менее,большие значения интенсивности межзонной ФЛ для КНН по сравнению с подложкой c-Siсвидетельствуют об относительно низком темпе безызлучательной рекомбинации в КНН.
Приэтом темп генерации фотовозбужденных носителей заряда в КНН, по-видимому, значительновозрастает ввиду сильного рассеяния света по сравнению с подложкой c-Si.92Интенсивность ФЛ, отн.ед.6E3E4E55432100,1110L, мкмРис. 3.30. Зависимость интенсивности сигнала ФЛ в максимуме полосы от длины КНН серийЕ3-Е5 отличающихся качеством исходной подложки c-Si. Горизонтальной пунктирной линиейпоказана интенсивность максимума сигнала ФЛ от пластины c-Si.Чтобы оценить скорость поверхностной рекомбинации можно воспользоватьсяформулой для эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда [77]:где- время жизни неравновесных носителей заряда,неравновесных носителей заряда,- объёмное время жизни- скорость поверхностной рекомбинации,- диаметр КНН.Учитывая, что КНН серий Е3-Е5 выращены на слаболегированных подложках и, как следует изанализа данных рис. 3.28б, зависимость интенсивности ФЛ от интенсивности падающегоизлучения является квадратичной, то.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
