Structura şi fotoluminescenţa compozitelor obţinute prin tratament termic în vapori de Cd a monocristalelor de Ga2S3
Închide
Articolul precedent
Articolul urmator
578 8
Ultima descărcare din IBN:
2023-03-09 07:15
SM ISO690:2012
VATAVU-CUCULESCU, Elmira, CARAMAN, Iuliana, EVTODIEV, Igor, CARAMAN, Mihail, LEONTIE, Liviu, LUCHIAN, Efimia, UNTILA, Dumitru. Structura şi fotoluminescenţa compozitelor obţinute prin tratament termic în vapori de Cd a monocristalelor de Ga2S3. In: Integrare prin cercetare şi inovare.: Ştiinţe ale naturii. Ştiinţe exacte , 10-11 noiembrie 2014, Chișinău. Chisinau, Republica Moldova: Universitatea de Stat din Moldova, 2014, R, SNE, pp. 96-99.
EXPORT metadate:
Google Scholar
Crossref
CERIF

DataCite
Dublin Core
Integrare prin cercetare şi inovare.
R, SNE, 2014
Conferința "Integrare prin cercetare şi inovare"
Chișinău, Moldova, 10-11 noiembrie 2014

Structura şi fotoluminescenţa compozitelor obţinute prin tratament termic în vapori de Cd a monocristalelor de Ga2S3


Pag. 96-99

Vatavu-Cuculescu Elmira1, Caraman Iuliana2, Evtodiev Igor1, Caraman Mihail1, Leontie Liviu3, Luchian Efimia1, Untila Dumitru1
 
1 Universitatea de Stat din Moldova,
2 Universitatea „Vasile Alecsandri”, Bacău,
3 Universitatea "Alexandru Ioan Cuza", Iaşi
 
 
Disponibil în IBN: 7 aprilie 2020


Rezumat

Ga2S3 este un semiconductor cu banda interzisă largă, din clasa materialelor cu concentraţie de ~ 1020 cm-3 de defecte structurale proprii. În stare monocristalină Ga2S3 se obţin trei modificaţii α (cu reţea cubică), β şi γ (cu reţea hexagonală). Datorită varietăţii structurale, lăţimea benzii interzise a cristalelor Ga2S3 variază în limite largi, de la 2,5 eV până la 3,3 eV, la temperatura camerei. Monocristalele γ-Ga2S3 sunt compuse din împachetări lamelare, care se despică în plăci cu grosimi micrometrice. Plăcile monocristaline de γ-Ga2S3 au fost crescute prin metoda transportului molecular folosind iodul în calitate de transportator. Plăcile de Ga2S3 cu grosimi de 200÷500 μm obținute prin despicare din monocristale au fost supuse tratamentului termic la temperatura 830 K cu durata de la 10 min până la 3 ore, în vapori de Cd. Presiunea vaporilor de Cd a fost cuprinsă în limitele 0,1÷1,0 mm. col. Hg. În Fig.1 este prezentată diagrama XRD a compusului β-Ga2S3 tratat în vapori de Cd. Indexarea liniilor intense din diagramă este prezentată în Tab.1. După cum se vede din Fig.1 şi Tab.1, în urma tratamentului în vapori de Cd, la temperatura 560°C, timp de 3 ore, a monocristalului de β-Ga2S3, se formează un compozit de microcristale α-Ga2S3, β-Ga2S3, CdS şi CdGa2S4.Prezența cristalelor α-Ga2S3în compozit este cauzată de faptul că în urma tratamentului termic la temperatura 560°C faza β cu structură neordonată trece în structură ordonată şi stabilă α-Ga2S3. Astfel, prin tratament termic în vapori de Cd, de lungă durată, se obţine un compozit din patru tipuri de microcristale α-Ga2S3, γ-Ga2S3, CdS și CdGa2S4.Marginea benzii de absorbție a cristalelor Ga2S3 neintercalate la temperatura 300 K se găseşte în intervalul de energii (3,32÷3,36) eV. La temperaturi joase T = 78 K, marginea benzii de absorbție se deplasează spre energii mari şi se găsește în regiunea ~3,65 eV. Pentru a stabili caracterul tranziţiilor optice, se analizează funcţiile (αhν)1/2 = f(hν) și (αhν)2 = f(hν), din care se determină tipul tranzițiilor electronice şi lăţimea benzii interzise. Spectrul de fotoluminescență al cristalelor stratificate β-Ga2S3, la temperatura 78 K, este compus din două benzi cu maxime la 1,873 eV (B2) și 2,84 eV (B1). Raportul intensităţilor benzii A și benzii B este de ~ 25. Cristalele Ga2S3 sunt de tip n, astfel energiile nivelelor corespunzătoare celor 2 benzi de fotoluminescenţă pot fi 0,43 eV și 1,40 eV respectiv pentru benzile A și B. Lăţimea relativ mare a benzii A şi lipsa structurii vibraţionale sunt factori care indică despre emisia intensă de fononi odată cu tranziţiile bandă nivel de recombinare receptor. Semilăţimea benzii A de FL în intervalul de temperaturi 80÷290 K slab depinde de temperatură (se măreşte cu ~ 30 meV), ceea ce are loc în cazul când temperatura Debey este înaltă (θ = 280 K). În Fig. 2, a, este prezentat spectrul de emisie luminescentă a monocristalelor Ga2S3 supuse tratamentului în vapori de Cd, la temperatura de 480°C, timp de 6 ore. Energiile benzilor de luminescenţă sunt introduse în Tab.2. Tot aici, este prezentată şi interpretarea cea mai probabilă a structurii spectrului de FL. În intervalul de temperaturi 78÷293 K, intensitatea FL integrală a benzii dominante (hν≈1,84 eV) se micșorează mai mult de 5 ori. În Fig. 2, b, este prezentată atenuarea termică a FL a benzii dominante cu maxim în regiunea 1,64÷1,76 eV. După cum se vede din această prezentare a FL a cristalelor Ga2S3 intercalate cu Cd, intensitatea FL (L) se descrie bine cu ajutorul formulei (1): ,     (1) unde ΔE este energia stingerii termice a fotoluminescenţei, L(0) – intensitatea emisiei luminescente la T = 0 K; K – constanta Stefan-Boltzman.În intervalul de temperaturi 78÷293 K, intensitatea FL benzii B2 scade după exponentă cu factorul 60 meV, iar la temperaturi mai mari, această atenuare este mai pronunţată, factorul exponentei fiind 100 meV (Fig. 2, b). Așadar, în cristalele Ga2S3 intercalate cu Cd, energia de activare termică a benzii oranj este de 60 meV, în intervalul de temperaturi 78÷140 K, și 106 meV, la temperaturi mai mari de 140 K. Concluzii Prin tratament la temperatura 560°C timp de 3 ore a monocristaleleor lamelare γ-Ga2S3 în vapori de Cd se obţine compozitul din componente microcristaline α-Ga2S3, β-Ga2S3, CdS şi CdGa2S4. Marginea benzii de absorbţie a cristalelor primare Ga2S3 la temperatura camerei se găseşte în intervalul de energii (3,32÷3,36) eV. Atomii de Cd intercalaţi în monocristalele hexagonale γ-Ga2S3 duc la transformări structurale β-Ga2S3→α-Ga2S3. Compozitul obţinut este un material fotoluminescent în regiunea oranj-roșu a spectrului. Energia de activare termică a fotoluminescenţei din domeniul roşu al spectrului este egală cu 60 meV la temperaturi din intervalul (78÷140) K și 106 meV la temperaturi T ≥ 140 K.