Плазмонные эффекты в композитных металл-полупроводниковых структурах на основе соединений A2B6 и A3N

• Автор: Беляев, Кирилл Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 156 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Физические свойства металл-полупроводниковых композитных структур на основе соединений А2В6 и АЗЫ, золота и алюминия
1.1 Свойства полупроводниковых гетероструктур
1.1.1 А2В6 гетероструктуры для оптоэлектроники видимого диапазона
1.1.2 АЗЫ гетероструктуры для оптоэлектроники видимого диапазона
1.1.3 АЗЫ гетероструктуры для оптоэлектроники УФ диапазона
1.1.4 Кристаллическая структура и электронные зоны соединений А2В6 и АЗЫ
1.1.5 Псевдоморфные гетероструктуры на основе соединений А2В6 и АЗЫ
1.1.6 Экситоны в кристаллах типа сфалерита и вюрцита
1.1.7 Спонтанное излучение в А2В6 и АЗЫ гетероструктурах
1.1.8 Квантовые ямы
1.1.9 Квантовые точки
1.2 Фазовый распад в 1пОаЫ
1.3 Оптические' свойства металлических структур на основе золота и алюминия
1.4 Плазмон-поляритонное усиление люминесценции в композитных структурах
1.4.1 Изменение скорости спонтанной рекомбинации вблизи металлической поверхности
1.4.2 Спонтанное излучение диполя около плоской металлической поверхности
1.4.3 Спонтанное излучение диполя около металлического шара

Глава 2. Экситон-плазмонное взаимодействие в композитных структурах гп(Сс1)8е/Аи и АЮа1Ч/А
2.1 Эпитаксиальные гетероструктуры на основе 2п(Сс1)8е и АЮаИ
2.1.1 Конструкция, морфология и фотолюминесценция гетероструктур с квантовыми точками Сб8е
2.1.2 Конструкция, морфология и фотолюминесценция гетероструктур АЮаИ
2.2. Конструкция и оптические свойства нанокомпозитов металл-полупроводник 2п(Сс1)8е/Аи и АЮаЫ/А
2.2.1 Параметры композитных структур гп(Сс1)8е/Аи и АЮаИ/А1, определяющие возможность возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов
2.2.2 Резонансные характеристики структур 2п(Сс1)8е/Аи
2.2.3 Резонансные характеристики структур АЮаМ/А
2.2.4 Роль шероховатости границы металл-полупроводник для вывода излучения плазмон-поляритонов в структурах 2п(Сс1)8е/Аи и А1СаМ/А1
2.2.5 Измерения времени жизни ФЛ в композитных структурах гп(Сс1)8е/Аи
2.2.6 Усиление и ослабление ФЛ в композитных АЮаМА1 структурах в зависимости от структуры пленки алюминия
2.3 Выводы
Глава 3. Фазовый распад в наноколончатых слоях InGaN
3.1 Конструкция экспериментальных образцов
3.2 Измерения среднего состава тройного раствора
3.3 Микро-фотолюминесцентные исследования и особенности локального распределения состава 1пхОаьхП
3.4 Выводы

Глава 4. Плазмонное усиление люминесценции в композитных структурах 2п(Сб)8е-(Аи) и 1пОа>ЦАи) с наночастицами металла
4.1. Локальное усиление люминесценции наноколончатого слоя 1пСаН и квантовых точек 2п(Сс1)8е безапертурным зондом сканирующего ближнепольного оптического микроскопа
4.1.1 Оптимизация параметров полупроводниковых гетероструктур с металлическими наночастицами для достижения эффективного усиления люминесценции
4.1.2 Локальная модификация люминесценции гетероструктур при сканировании их поверхности зондом ближнепольного микроскопа с прикрепленной золотой наночастицей
4.2 Эффекты экситон-плазмонного взаимодействия в композитных структурах на основе наноколончатого 1пОаИ и коллоидных наночастиц золота Ю
4.2.1 Формирование композитных структур на основе коллоидных наночастиц золота
4.2.2 Микро-фотолюминесценция наноколончатого слоя 1пваК с коллоидными золотыми наночастицами
4.2.3 Катодолюминесценция композитных структур 1пОаК с коллоидными золотыми наночастицами
4.4 Выводы
Глава 5. Усиление люминесценции в гибридных структурах InGaNM.11/Si3N4 с напыленными металлом и диэлектриком
5.1 Конструкция и основные параметры композитных структур 1пСаК/Аи и МЗаМАш^з^
5.1.1 Оптимизация конструкции образцов
5.1.2 АСМ измерения трехмерной морфологии гибридной структуры

1.1.9 Квантовые точки
Малые части полупроводникового кристалла, где носители заряда ограничены во всех трех измерениях в объеме материала с размерами, сравнимыми с Боровским радиусом, называют квантовыми точками (КТ). Для плазмоники квантовые точки имеют такие же преимущества, как и квантовые ямы -возможность контроля расстояния излучатель-металл, контроля длины волны излучения выбором размера квантовых точек, а также дополнительные особенности, связанные с трехмерной локализацией носителей и квантованием движения носителей во всех 3-х измерениях.
В исследуемых структурах КТ формируются самопроизвольно в полупроводниковых пленках (1пСа1ф) и квантовых ямах (гпСсШе), вследствие пространственных флуктуаций параметров слоя, как например, флуктуации состава в твердых растворах. При низких температурах такие флуктуации служат эффективными центрами локализации для фотовозбужденных носителей и экситонов,, значительно воздействуя на кинетику релаксации носителей и излучения в структуре. Со многих точек зрения эти центры локализации носителей ведут себя как КТ. Плотность состояний КТ имеет дискретный спектр вследствие квантования движения носителей во всех 3-х измерениях.
С точки плазмонных эффектов в композитных структурах модификация матричных элементов в квантоворазмерных структурах по сравнению с объемными слоями играет второстепенную роль. Ключевым моментом по-прежнему остаются поляризационные характеристики излучения гетероструктур. Для гпСёБе квантовых точек квантование движения носителей в плоскости меньше, чем в квантовых точках, выращенных, например, в режиме Странски-Крастанова, поскольку латеральные размеры Сб-обогащенных квантовых дисков (~ 15 нм) в таких структурах больше характерного боровского радиуса (см. таблицу 1.2) в гпБе. Кроме того, вследствие избирательности детектирования