Спектроскопические исследования нанокристаллов CdS x Se1-x во фторфосфатных стеклообразных матрицах

• Автор: Ястребова, Майя Александровна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 113 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРОННЫЕ СОСТОЯНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
НАНОКРИСТАЛЛАХ
ЕЕ Межзонное поглощение в полупроводниковом шаре
Е2. Форма экситонной линии, обусловленная дисперсией
микрокристаллов по размерам
1.3. Квантование дырки и край поглощения в микрокристаллах со
сложной структурой валентной зоны
1.4. Влияние несферичности нанокристаллов на их оптические
свойства
ГЛАВА 2. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ В НАНОКРИСТАЛЛАХ
2.1. Модель пространственного ограничения фононов
2.2. Оптические колебания в ограниченных кристаллах
2.3. Акустические колебания в ограниченных кристаллах
Постановка задачи исследования
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1. Исследуемые образцы (общие сведения)
3.2. Особенности фторфосфатных стекол (предварительные
сведения)
3.3. Экспериментальные установки
ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРОННЫЕ СПЕКТРЫ НАНОКРИСТАЛЛОВ Ссй^е,.* ВО
ФТОРФОСФАТНЫХ СТЕКЛООБРАЗНЫХ МАТРИЦАХ
4.1. Спектры поглощение, люминесценции и дифференциальные спектры
поглощения

4.2. Особенности спектров поглощения нанокристаллов, связанные с переходами из спин-орбитально отщепленной валентной зоны
4.3. Идентификация переходов. Сопоставление расчетных и экспериментальных спектров для образца Сй8х8е1.х с уточненными значениями размера и композиционного состава
ГЛАВА 5. СПЕКТРЫ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ НАНОКРИСТАЛЛОВ С<18х8е1-х
5.1. Спектры КР в области фундаментальных колебаний полупроводников СбБ-СсШе
5.2. Низкочастотные спектры КР нанокристаллов
Основные результаты и выводы
Список публикаций по теме диссертации
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Последние годы в физике полупроводников появилось новое направление -физика наноструктур. Уменьшение размеров кристалла хотя бы в одном направлении до размеров, сравнимых с длиной волны де-Бройля для электронов, приводит к квантованию движения частиц в этом направлении. На этих масштабах проявляются новые закономерности и свойства кристаллов.
Говоря о низкоразмерных системах, обычно имеют в виду три категории: двумерные (20) системы, такие как тонкие пленки, слои, а также квантовые ямы и сверхрешетки; одномерные (Ш) системы, например, те твердые тела, в которых можно выделить линейные структуры, похожие на цепочки атомов (полупроводниковые проволоки); нульмерные (ОБ) системы, такие как кластеры, квантовые точки, нанокристаллы.
В нульмерных системах в отличие от одномерных и двумерных свойства электронов и дырок нельзя описать на основе представления о газе квазичастиц. Другая особенность связана с очевидными трудностями, возникающими при исследовании кристаллитов размером несколько нанометров электрическими методами. В настоящее время электронные процессы в квантовых точках изучаются главным образом оптическими методами, которые, по-видимому, наиболее информативны. С теоретической точки зрения нульмерные системы можно рассматривать как структуры, имеющие промежуточные свойства между молекулярными и объемными веществами. В силу отмеченных особенностей исследование квазинульмерных структур составляет отдельное направление современной физики твердого тела.
Квантово-размерные эффекты, проявляющиеся в оптических спектрах полупроводниковых нанокристаллов, удовлетворительно описаны в основном при анализе электронных состояний для сферических наночастиц в диэлектрических матрицах. Это позволяет в настоящее время в приближении параболической зоны не только оценивать, но и рассчитывать экситонный спектр вблизи края собственного поглощения. Определенный успех достигнут в описании размерных эффектов в полупроводниках со структурой вюрцита в силикатных стекловидных матрицах. В

Полученное квантование непрерывного спектра полностью такое же, как в случае, когда дискретизация спектра возникает из ограниченности числа атомов цепочки (соотношение (2.9)).
Такая аналогия позволяет ввести модельные представления о движении фонона в ограниченном кристалле как движение квазичастицы в потенциальной яме. Эта ситуация соответствует полному отражению фонона от границы кристаллита. Она реализуется, когда отношение скоростей механических волн в соприкасающихся средах сильно отличаются друг от друга (например, для границы раздела алмаз — воздух это отношение порядка 10'2). Используя такую идеализацию, мы выбираем, по существу, только те решения, которые соответствуют объемным колебательным модам кристалла, и совсем не принимаем в расчет поверхностные колебательные состояния, для корректного учета которых необходимо задание реальных граничных условий.
На рис.2.2 из [37] представлены результаты расчета энергетических уровней в одномерных потенциальных ямах для трех типов закона дисперсии фононов (2.8), (2.11), (2.12) на примере 7О-моды кристалла алмаза в направлении [100] при размерах потенциальных ям Ь=5,7,10 постоянных решетки. (Для кристаллов с решеткой типа алмаза уі<0 и в формуле (2.8) второе слагаемое будет со знаком «минус»). Из рисунка видно, что при одинаковой дискретизации фазового пространства энергетическое положение отдельных колебательных состояний в определенном интервале энергий фононов для указанных законов дисперсии будет разным (т.е., происходит перенормировка спектра).
Для трехмерной решетки с дополнительными связями уравнение колебаний может быть записано аналогично и, как показано в [37], решение в виде плоских монохроматических волн типа (2.13) дает спектр оптических фононов в ограниченном кристалле размером ЦхЦхЦ.
Таким образом, в некоторых нанокристаллах возможно наблюдение осцилляций в спектре рамановского рассеяния в области фундаментальных мод. В общем случае в спектрах КР наблюдается сдвиг и упгарение линий оптических фононов по сравнению с объемными кристаллами. Это можно увидеть в