Microsoft PowerPoint - Fotoluminestsentss (PL)

Seotud dokumendid
Microsoft Word - Magistritoo30.doc

DE_loeng5

Microsoft PowerPoint - XI-päikesepatareid.ppt

Microsoft PowerPoint - Rutherfordi tagasihajumise spektroskoopia (RBS)

Tartu Ülikool Loodus- ja tehnoloogiateaduskond Füüsika instituut Marti Laast Temperatuuri määramine spektraalsel meetodil argooni atmosfäärirõhulises

Microsoft Word - QOS_2008_Tallinn_OK.doc

Keemia koolieksami näidistöö

Image segmentation

Solaariumisalongides UVseadmete kiiritustiheduse mõõtmine. Tallinn 2017

efo09v2pke.dvi

ISS0050 Mõõtmine

Sissejuhatus mehhatroonikasse MHK0120

VRG 2, VRG 3

my_lauluema

efo03v2pkl.dvi

Microsoft PowerPoint - Roosimaa.ppt

DVD_8_Klasteranalüüs

raamat5_2013.pdf

Microsoft PowerPoint - IRZ0020_praktikum4.pptx

Microsoft Word - polkaudio 2010 hinnakiri

Analüütiline keemia II

Matemaatiline analüüs IV 1 3. Mitme muutuja funktsioonide diferentseerimine 1. Mitme muutuja funktsiooni osatuletised Üleminekul ühe muutuja funktsioo

Microsoft PowerPoint - loeng2.pptx

Slide 1

Matemaatilised meetodid loodusteadustes. I Kontrolltöö I järeltöö I variant 1. On antud neli vektorit: a = (2; 1; 0), b = ( 2; 1; 2), c = (1; 0; 2), d

Polünoomi juured Juure definitsioon ja Bézout teoreem Vaadelgem polünoomi kus K on mingi korpus. f = a 0 x n + a 1 x n a n 1 x

Neurovõrgud. Praktikum aprill a. 1 Stohhastilised võrgud Selles praktikumis vaatleme põhilisi stohhastilisi võrke ning nende rakendust k

QUANTUM SPIN-OFF - Experiment UNIVERSITEIT ANTWERPEN

Tehniline andmeleht Sadulventiilid (PN 16) VRG 2 2-tee ventiil, väliskeermega VRG 3 3-tee ventiil, väliskeermega Kirjeldus Ventiilid on kasutatavad ko

Võistlusülesanne Vastutuulelaev Finaal

Väljaandja: Keskkonnaminister Akti liik: määrus Teksti liik: terviktekst Redaktsiooni jõustumise kp: Redaktsiooni kehtivuse lõpp:

Microsoft PowerPoint - Difraktsioon

Jää ja lume sulatamine kõnni-ja sõiduteedes ning katusel ja vihmaveesüsteemides Danfoss Electric Heating Systems 1

Microsoft Word - essee_CVE ___KASVANDIK_MARKKO.docx

Microsoft Word - magister22_Andrei.doc

Keskkonnaministri määruse lisa 1

Microsoft Word - X Kvantomadused ja tehnoloogia.docx

6 tsooniga keskus WFHC MASTER RF 868MHz & 4 või 6 tsooniga alaseade SLAVE RF KASUTUSJUHEND 6 tsooniga WFHC RF keskus & 4 või 6 tsooniga alaseade SLAVE

Füüsika

Sügis 2018 Kõrgema matemaatika 2. kontrolltöö tagasiside Üle 20 punkti kogus tervelt viis üliõpilast: Robert Johannes Sarap, Enely Ernits, August Luur

TT Electrolux integreeritava tehnika pakkumine

TAI programm „Tervem ja kainem Eesti“ SA PERH Psühhiaatriakliinikus

ANOVA Ühefaktoriline dispersioonanalüüs Treeningu sagedus nädalas Kaal FAKTOR UURITAV TUNNUS Mitmemõõtmeline statistika Kairi Osula 2017/kevad

Ecophon Master Rigid A Sobib klassiruumi ja kohtadesse, kus hea akustika ja kõnest arusaadavus on esmatähtsad ning avatavus vajalik. Ecophon Master Ri

Microsoft PowerPoint - radiobiol2.ppt [Compatibility Mode]

Ecophon Hygiene Meditec A C1 Ecophon Hygiene Meditec A C1 on helineelav ripplaesüsteem kohtadesse, kus regulaarne desinfektsioon ja/või puhastamine on

Project meeting Brussels, February 2013

P9_10 estonian.cdr

Automaatjuhtimise alused Automaatjuhtimissüsteemi kirjeldamine Loeng 2

(Microsoft Word - Matsalu Veev\344rk AS aktsion\344ride leping \(Lisa D\) Valemid )

Microsoft PowerPoint - nema_linnud_KKM

Pintsli otsade juurde tegemine Esiteks Looge pilt suurusega 64x64 ja tema taustaks olgu läbipaistev kiht (Transparent). Teiseks Minge kihtide (Layers)

KEEMIA AINEKAVA põhikooli 8.klassile 1. Õpieesmärgid. 8. klassis keemiaõpetusega taotletakse, et õpilane: 1. tunneb huvi keemia ja teiste loodusteadus

Praks 1

B120_10 estonian.cdr

Taskuprinter KASUTUSJUHEND

Väljaandja: Keskkonnaminister Akti liik: määrus Teksti liik: algtekst-terviktekst Redaktsiooni jõustumise kp: Redaktsiooni kehtivuse lõpp:

(Tõrked ja töökindlus \(2\))

Majandus- ja kommunikatsiooniministri 10. aprill a määrus nr 26 Avaliku konkursi läbiviimise kord, nõuded ja tingimused sageduslubade andmiseks

Tootmine_ja_tootlikkus

Microsoft Word - Sobitusahelate_projekteerimine.doc

Esitlusslaidide kujundusest

NR-2.CDR

Keskkonnaministri määruse lisa 3

VRB 2, VRB 3

Microsoft Word - 03_ausus lisaylesanded.doc

3D mänguarenduse kursus (MTAT ) Loeng 3 Jaanus Uri 2013

Microsoft PowerPoint - Loodusteaduslik uurimismeetod.ppt

Magistritöö

Microsoft Word - Iseseisev töö nr 1 õppeaines.doc

Eesti kõrgusmudel

Microsoft PowerPoint - KESTA seminar 2013

PowerPoint Presentation

Devilink PR Pistikuga relee Paigaldusjuhend EE

Microsoft Word - A-mf-7_Pidev_vorr.doc

12. Marek Kolk, Kõrgem matemaatika, Tartu Ülikool, Algfunktsioon ja määramata integraal Sisukord 12 Algfunktsioon ja määramata integraal 1

(Estonian) DM-RBCS Edasimüüja juhend MAANTEE MTB Rändamine City Touring/ Comfort Bike URBAN SPORT E-BIKE Kasseti ketiratas CS-HG400-9 CS-HG50-8

pkm_2010_ptk6_ko_ja_kontravariantsus.dvi

Microsoft Word - Lisa_7_4_modelleerimisulatus_KVJ_VKSpr_mudeli_andmesisu_veebr_2015

VL1_praks2_2009s

Matemaatiline analüüs III 1 4. Diferentseeruvad funktsioonid 1. Diferentseeruvus antud punktis. Olgu funktsiooni f : D R määramispiirkond D R selles p

LEAN põhimõtete, 5S-i ja Pideva Parenduse Protsessi rakendamise kogemus Eestis.

Microsoft Word - Karu 15 TERMO nr 527.doc

ArcGIS Online Konto loomine Veebikaardi loomine Rakenduste tegemine - esitlus

Sideteooria-loeng 01 - kanalimudelid, statistika

untitled

Õppimine Anne Villems, Margus Niitsoo ja Konstantin Tretjakov

Tartu Observatoorium Loengukursus Tartu Ülikoolis Versioon 1.1 TÄHTEDE FÜÜSIKA Iosa Tõnu Viik Tõravere 2009

VKE definitsioon

7 KODEERIMISTEOORIA 7.1 Sissejuhatus Me vaatleme teadete edastamist läbi kanali, mis sisaldab müra ja võib seetõttu moonutada lähteteadet. Lähteteade

Tartu Ülikool Matemaatika-informaatikateaduskond Matemaatilise statistika instituut Võrgupeo külastaja uurimine Andmeanalüüs I projekt Koostajad: Urma

TARTU ORIENTEERUMIS- NELJAPÄEVAKUD neljapäevak Tehvandi, 1. august Ajakava: Start avatud: Finiš suletakse: Asukoht: Võistlu

Ecophon Focus Quadro E Ecophon Focus Quadro E süsteemi kasutatakse, et luua sujuv üleminek erinevate laetasapindade vahel kui on vaja peita erinevaid

METALL

6

Vulkan Lokring kliimasüsteemi remondi tarvikud. Liitmik alumiiniumtoru jätkamiseks. Liitmik alumiiniumtoru jätkamiseks. Liitmik vooliku jätkamiseks. L

KINNITATUD Tallinna Linnavalitsuse 7. novembri 2001 määrusega nr 118 TALLINNA TÄNAVATE JOOKSVA REMONDI JA LINNA PUHASTAMISE NORMATIIVID 1. Üldsätted 1

Sorb_LC_Est.smu

Monitooring 2010f

Väljavõte:

Fotoluminestsents (PL) Prof. Jüri Krustok PL pooljuhtides PL- lihtne nagu hiina keel: esmalt ergastame objekti ja seejärel mõõdame temast väljuvat kiirgust Fotogeneratsioon Termiline generatsioon Termiline G rekombinatsioon R Fotogeneratsioon G L Kiirguslik rekombinatsioon Soojus sisse välja 1

Rekombinatsioonimehhanismid Kiirguslik rekombinatsioon e. luminestsents Mittekiirguslik rekombinatsioon Luminestsentsi mõõtmine Mõõtmisaparatuuri skeem HeCd laser

Luminestsentsi mõõtmine Fotoluminestsentsi mõõtmisskeem: 1 laser, filter, 3 modulaator, 4 peegel, 5- lääts, 6 krüostaat, 7 ja 8 läätsed, 9 filter, 1 monokromaator, 11 detektor, 1 lock in võimendi, 13 arvuti. Luminestsentsi mõõtmine Detektorid: Fotoelektronkordistid: FEU-79 (nähtav piirkond) R63- spektri punane piirkond Pooljuhtdetektorid: Si- nähtav ja lähedane infrapunapiirkond InGaAs- lähedane infrapunapiirkond PbS- kaugem infrapunapiirkond TTÜ PL mõõtmiste programm 3

Kiirgusliku rekombinatsiooni kanalid Tsoon-tsoon Eksitonid Äärekiirgus läbi madalate tasemete Sügavate tsentrite kiirgus Luminestsentsi ribad: Sügavad defektid Madalad defektitasemed Band-to to-band Eksitonid E g E, ev Luminestsents pooljuhtides Rekombinatsiooniline Tsentrisisene 4

Luminestsents pooljuhtides Rekombinatsiooniline Intensiivsus sõltub tühjade tsentrite kontsentratsioonist N kui ka vabade elektronide kontsentratsioonist n dn I = = βnn dt β = σ<v> - rekombinatsiooni koefitsient elektronide keskmine kiirus tsentri efektiivne haarderistlõige Luminestsents pooljuhtides Rekombinatsioonilise luminestsentsi ajaline kustumine I = I [ 1+ ( I β) ] 1/ t Seega: I 1 t Luminestsents pooljuhtides Tsentrisisene- monomolekulaarne protsess, intensiivsus sõltub vaid tsentrite arvust. dn I = = αn = αn exp( α t) dt I = I exp( α t) 1 τ = tsentri ajakonstant α t I = I exp( ) τ 5

Äärekiirgus otsese pooljuhi korral Äärekiirgus otsese pooljuhi korral GaAs äärekiirgus I( hν ) ~ A( hν E ) g 1/ hν Eg exp( ) kt 6

Äärekiirguse rakendused Valgusdioodid Pooljuhtlaserid Kvantkaevudel ja supervõredel põhinevad laserid Tööstuslikud valgusdioodid Ühend Värvus GaAs.6 P.4 GaAs.35 P.65 :N GaAs.14 P.86 :N GaP:N GaP:Zn-O AlGaAs AlInGaP AlInGaP AlInGaP SiC GaN PUNANE ORANZH-PUNANE KOLLANE ROHELINE PUNANE PUNANE ORANDZH KOLLANE ROHELINE SININE SININE GaAs elektroluminestsets 7

GaAs laserdiood Eksitonid AX DX FE ~mev Eksiton: elektroni ja augu paar E g E (ev) Eksitonide luminestsents S.H. Song et al. / Journal of Crystal Growth 57 (3) 31 36 CdTe eksitonkiirgus 8

Eksitonid CuInS s. Doonor-aktseptorpaaride luminestsents Doonor-aktseptorpaaride luminestsents Elektroni ja augu omavahelise rekombinatsiooni tõenäosus: W DA =W o exp(-r/a o ) Iga DA paari kiirguse energia sõltub D ja A vahelisest kaugusest R: e hν DA( R) = Eg ( ED + EA) + εr Madalate tasemete puhul mängib olulist rolli ka paaride jaotumine kauguste järgi: N DA 4 4π 3 ( R) = N DN A4πR exp( N DR ) 3 9

Doonor-aktseptorpaaride luminestsents GaP klassikaline töö Phys.Rev.133, 1964, p. A69 Doonor-aktseptorpaaride luminestsents GaP klassikaline töö: Phys. Rev. 133, 1964, p. A69 Doonor-aktseptorpaaride luminestsents GaN t-shift MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 6, 1(1). R suureneb W väheneb t suureneb E max väheneb s.t. kiiremini rekombineeruvad lähedased paarid 1

Doonor-aktseptorpaaride luminestsents GaP j-shift Phys. Rev. B, 6, 197, 37 R suureneb W väheneb I laser suureneb E max suureneb s.t. kiiremini lähevad küllastusse suure R-ga paarid Sügava doonori- sügava aktseptori paarid -> DD-DA paarid. DD-DA paarid on defektid, mis avalduvad nii kolmikühendites kui ka binaarsetes ühendites. Võimalikud on vaid väga lähedased paarid väga sügavate defektide vahel. Lähedaste paaride vahelist energiat on võimalik välja arvutada. ΔE mn e 1 = ε rm 1 rn DD-DA paarid as grown compensated c-band r 1 r E D D1 D r E A W D1 D v-band 11

DD-DA paarid D6 CuIn.5 Ga.5 Se D1 PL intensity (a.u.) CuGaSe D6 AgInS D6 D6 D1 D1 D1 CuInS DD-DA paaridele vastav kiirgus erinevates kolmikühendites. Teoreetiliselt arvutatud ribade asukohad on toodud vertikaaljoontega..6.8 1. 1. E (ev) DD-DA paarid PL intensity (a. u.) 5 4 3 D5 b) a) CuInS T=8K D4.6.65.63 hω hω 1 DD-DA paarid võivad siduda ka eksitone ja anda üsna erakordseid spektreid: Toodud ülikitsad jooned kuuluvad CuInS sügavatele DD-DA paaridele lokaliseerunud eksitonidele. 1.5.55.6.65 E (ev) DD-DA paarid CdTe-s. Erinevad võimalikud võrevahelised tühimikuderinevad PL ribad. J. Krustok, H. Collan, K. Hjelt, J. Mädasson, V. Valdna. J.Luminescence, v. 7-74, pp. 13-15 (1997). 1

DD-DA paarid erinevate kristallstruktuuride korral Possible distances between the two interstitial positions (i1 or i), and the Ag or In sites, respectively, in the chalcopyrite and orthorhombic lattice of AgInS. Starting from the shortest one, the distances are labelled D1, D, etc. Chalcopyrite Orthorhombic No Lattice sites Distance, Å Lattice sites Distance, Å AgInS halkopüriit ja ortorombiline struktuur D1 Ag-i,In-i.49 In-i,Ag-i1.48 D Ag-i1,In-i1.8 Ag-i1,In-i.51 D3 Ag-i1,In-i1.91 In-i1,Ag-i 3.45 D4 Ag-i,In-i 4.68 In-i1,Ag-i 4.8 D5 Ag-i,In-i 4.81 In-i1,Ag-i 4.81 D6 Ag-i1,In-i1 4.98 In-i1,Ag-i 5.3 D7 In-i 6.3 In-i1,Ag-i 6.6 DD-DA paarid AgInS -s Halkopüriit Ortorombiline PL intensity (a. u.) 5 4 3 1 D5 D6 D4 T=8K D3 D D1 c-agins PL intensity (a. u.) 4 D6 D4 D5 D3 D D1 o-agins T=8K.6.5.4.3..1..8 1. 1..6.8 1. 1. E (ev) E (ev) Fotoluminestsentsi termiline kustumine PL ln (I) 1-1 - -3 E T =114 ± 6 mev Fitting Experiment E T -4-5 4 6 8 1 1 14 1/T (1/K) Termiliselt vabastatud augud 13

Fotoluminestsentsi termiline kustumine Olemasolevad teoreetilised käsitlused andsid vastuolulisi tulemusi madalatemperatuurses osas. Intensiivsuse temperatuursõltuvuse kirjeldamiseks kasutati tihti kahte aktivatsioonienergiat: I I( T ) = 1+ α1 exp( ET 1 / kt ) + α exp( ET / kt ) J. Krustok,, H. Collan,, and K. Hjelt.. J. Appl.. Phys. v. 81, N 3, pp. 144-1445 1445 (1997). I ( T ) I = 3 3 1+ ϕ T + ϕ T exp 1 ( E kt ) T / Konfiguratsioon koordinaatide meetod Kaheaatomilise molekuli mudel- harmooniline ostsillaator F = -kx x de= Fdx E x = kxdx= kx Parabool!! Konfiguratsioon koordinaatide meetod Kaheaatomiline süsteem- r reaalne kaugus Kristall- R nn. konfiguratsiooni koordinaat 14

Konfiguratsioon koordinaatide meetod Frank- Condoni printsiip: Elektronüleminekud toimuvad nii kiiresti, et aatomite omavaheline asukoht ei jõua veel muutuda: VERTIKAALSED ÜLEMINEKUD KK ruumis Konfiguratsioon koordinaatide meetod 1. Kiirgusriba poollaiuse sõltuvus temperatuurist. hω W = W coth kt W = 8ln Shω CdTe Konfiguratsioon koordinaatide meetod E T. Tsentrisisene kustutamine I I = 1+ α exp( E Mott i valem T / kt ) Eabs Eemiss = Shω S- Huang-Rhys faktor e. kesmine foononite arv üleminekul 15

Luminestsentsiriba kuju Teooria Pekar, Huang, Rhys, jt. Üldine PL riba kuju on üsna keeruline Lihtsustused: T= vastasmõju ühe konkreetse foononiga nii ergastatud kui ka põhiolekus Siis on võimalik välja arvutada rekombinatsiooni tõenäosust ergastatud oleku igalt tasemelt põhioleku igale tasemeleneed tõenäosused alluvad Poissoni jaotusele r μ exp( μ) Poissoni jaotus P( r) = r! Luminestsentsiriba kuju Siis kiirgusriba kuju avaldub: m exp( S) S I ( E) = I δ( E mh ω E) m! m üksiku ribakese kuju sõltub vastasmõjust väiksema energiaga (akustiliste) foononitega Olukord läheb keerulisemaks, kui ergastatud ja põhioleku nn. jõukonstandid on erinevad!! Aga see on juba omaette teema 16

Luminestsentsiriba kuju E m= -foonon joon 1. 9. 8. 7. Int F(x) m=1 S=.47 m exp( S) S I ( E) = I δ ( E mhω E) m! m Gaussi kujuga üksikud foononrepliigid 6. 5. 4. 3.. m= foononi energia PEKARIAAN 1...85.9.95 1. 1.5 Luminestsentsiriba kuju 5 4 D5 a) b) CuInS T=8K D4 PL riba kuju CuInS s Näha on vastasmõju kahe erineva foononiga PL intensity (a. u.) 3.6.65.63 hω hω 1 1.5.55.6.65 E (ev) Luminestsentsiriba kuju Gaussi kuju: 4ln I( E) = Iexp W ( E E ) max Kui Pekariaanis S ->, siis muutub Pekariaan samuti Gaussiaaniks: I( E) ( E E Shω ) 4ln Iexp 8lnS( hω) = 17

Luminestsentsiriba kuju PL intensity (a. u.) 15 1 5 Lorenz i kuju Gaussi kuju 15 1 5.8.85.9.95 1. 1.5 E (ev) Tugevalt legeeritud materjalide luminestsents Suurem osa uuritavatest kolmikühenditest on nn. tugevalt legeeritud Tugev legeerimine: defektide vaheline kaugus on väiksem kui laengukandjate Bohri raadius. Juhtivus- ja valetstsooni ääri mõjutavad tugevalt potentsiaali fluktuatsioonid. Tugevalt legeeritud materjalide luminestsents 1..8 T=1.5K Tüüpiline tugevalt legeeritud CuInGaSe PL spekter PL intensity.6.4.. 1.5 1.1 1.15 1. 1.5 1.3 E, ev J. Krustok, H. Collan, M. Yakushev, K. Hjelt. The role of spatial potential fluctuations in the shape of the PL bands of multinary semiconductor compounds. Physica Scripta, T79, pp. 179-18 (1999). 18

Teoreetiline mudel PL ribade kirjeldamiseks tugevalt legeeritud kolmikühendites. ρ c ε BT BB F n E c E g Tugevalt legeeritud kolmikühendi tsoonipilt ning olekute tiheduse funktsioonid. ρ v E v Teooria: Shklovskii, Efros Levaniuk, Osipov Teoreetiline mudel PL ribade kirjeldamiseks tugevalt legeeritud kolmikühendites. Olekute tiheduse funktsioon sabas: Ec E ρ ( = c E ) e ρ exp γ BT riba kuju avaldub: e k I ( hν ) W ( E, E ) ρ ( E ) f ( E ) ρ ( E ) q ( E ) δ ( E E hν ) de de BT BT e h c e e e v h h h e h e h Tugevalt legeeritud CuInGaSe äärekiirguse spekter PL intensity (a. u.) 5 1.5 K 4 15 K K 3 K 4 K 3 5 K 6 K 7 K 8 K 95 K 11 K 1 K 13 K 145 K 1 16 K 175 K 19 K 1 K BB-band 4 K 1.1 1. 1.3 1.4 E (ev ) BT-band J. Krustok, H. Collan, M. Yakushev, K. Hjelt. The role of spatial potential fluctuations in the shape of the PL bands of multinary semiconductor compounds. Physica Scripta, T79, pp. 179-18 (1999). BB ja BT kiirgused 19

BB ja BT ribade temperatuursõltuvused hν max (ev) 1.31 1.3 1.9 1.4 1.3 1. BT- band hν max ~ - 4.4kT hν max ~.1kT T 1 =96K BB- band T = 175K 1.1 5 1 15 5 T (K) BT ja BB ribade maksimumide temperatuursõltuvused. J. Krustok, J. Raudoja, M. Yakushev, R. D. Pilkington, and H. Collan. phys. stat. sol. (a) v. 173, No, pp. 483-49 (1999). J. Krustok, H. Collan, M. Yakushev, K. Hjelt. Physica Scripta, T79, pp. 179-18 (1999). Rekombinatsioon tugevalt legeeritud pooljuhtides Mittekiirguslik Auger rekombinatsioon Osalevad 3 laengukandjat. Elektron-augu rekombinatsioonist vabanev energia antakse kolmandale elektronile. See kolmas elektron kiirgab energia mittekiirguslikult foononite kaudu Auger rekombinatsioon

Mittekiirguslik rekombinatsioon läbi defektide Paljudes materjalides võib rekombinatsioon minna ka läbi defektitasemete mittekiirguslikult. Mittekiirgusliku rekombinatsiooni osakaalu näitab kvantväljund. Kustutustsentrid-> s-tsentrid 1