Программа курса «Современные методы диагностики в наноматериалах. Часть 2» (стр. 13 )

Спектры катодолюминесценции, полученные в областях A, B, C приведены на рисунке 13. Заметно смещение пиков спектров в красную область при увеличении концентрации In, что согласуется с данными рентгеноспектрального микроанализа.

Рис. 15. Спектры катодолюминесценции, полученные в различных областях образца.

Исследование слоя помощью метода рентгеновской дифракции.

Дифракционные кривые измеряются для трех областей образца. Наиболее интенсивный пик на графиках (Рис. 14) соответствует буферному слою GaN. Дифракционная кривая области С отличается от двух других. Монотонный спад в сторону меньших углов свидетельствует о плавном градиенте состава твердого раствора InGaN. Однако из этих данных нельзя однозначно определить, о каком градиенте (в ростовом направлении или в латеральном) идет речь.

На дифракционной кривой из областей A и B можно видеть особенности – два различных пика. Появление двух пиков от слоя InGaN на дифракционной кривой может иметь несколько интерпретаций. Или образуется твердый раствор из двух тройных соединений с разными составами, или твердый раствор из двух слоев одного состава, один из которых напряжен, а другой релаксирован. Не исключен какой-то промежуточный вариант.

Рис. 16. Дифракционные кривые для разных точек пластины

Таблица 3. Сопоставление состава образца по измерениям РСМА и результатам моделирования РДА.

Концентрация In, мол.%
Область образца	Данные РСМА	РДА: Напряженный слой	РДА: Релаксированный слой
A	19-26	20 – 27	32 - 42
B	17-23	22	35
C	11-12	18	29

Для оценки состава слоя по данным рентгеновской дифракции и изучения степени релаксации в слое необходимо сделать следующие расчеты. Необходимо смоделировать дифракционные кривые, в двух крайних предположении, что слой полностью напряжен и полностью релаксирован. Состав слоя определяется из условия наилучшего совпадения экспериментальных данных с расчетными. Результаты моделирования приведены в Таблице 3. Сопоставление данных с составом, измеренным методом РСМА позволяет предположить, что степень релаксации слоя мала (близка к нулю).

Обсуждение результатов

Надо оценить значение ширины запрещенной зоны твердого раствора InGaN исходя из данных рентгеноспектрального микроанализа по формуле из литературных данных (). Сравним положения максимумов люминесценции, полученные в эксперименте, с ожидаемыми положениями, рассчитанными по формуле (Таблица 4). Заметим, что для твердого раствора с таким средним составом, который был померен методом РСМА, следует ожидать максимум люминесценции в более высокоэнергетическом диапазоне (2.5 эВ - 2.9 эВ). На практике в КЛ виден заметный красный сдвиг на 300-400 мэВ.

Таблица 4. Сравнение данных РСМА и КЛ.

Область образца	Концентрация In, мол.%	Положение полосы люминесценции, эВ
Рассчитанное по данным РСМА	Из эксперимента (КЛ)
A	19	2.57	2.28
B	17	2.60	2.32
C	11	2.94	2.57

Объяснение этому результату можно дать следующее. Как следует из результатов РСМА, в слое есть градиент состава в ростовом направлении. Значит, формируется неоднородный потенциал для носителей заряда. При возбуждении люминесценции происходит локализация носителей заряда и их рекомбинация в бластях с большей концентрацией индия (Рис. 15). Градиент состава может быть связан с фазовым распадом в слое. Как видно из данных РДА, в слое есть неоднородности, которые можно интерпретировать, как частично релаксированные области, однако однозначный вывод сделать затруднительно.

Рис. 15. Пояснение к красному сдвигу люминесценции.

Выводы

В работе изучается слой InGaN. На основании измерений необходимо сделать вывод об однородности образца в латеральном и ростовом направлениях.

Необходимо дать объяснение, с чем связана возможная неоднородность в ростовом направлении (неравномерный нагрев образца вовремя роста).

Дать объяснение возможной неоднородности слоя в ростовом направлении, (неравномерное встраивание In в процессе роста, возможное присутствие области с различной степенью релаксации, что связано с фазовым распадом).

Требования к отчёту

Отчёт должен содержать:

1.  Титульный лист, содержащий:

л.  Название

м.  Фамилии исполнителей

н.  Фамилию руководителя

о.  Название ВУЗа, факультета, кафедры, номер группы

п.  Даты выполнения работы и сдачи отчёта

2.  Цель работы

3.  Задачи – этапы выполнения работы

4.  Параметры/условия экспериментов

5.  Результаты

6.  Выводы

Отчёт должен быть сдан перед защитой работы в бумажном и электронном виде.

Литература

1.  S. Pereira et al. Phys. Lett. (2001), Vol. 79, № 10, pp. 1432-1434.

2.  R. Singh et al. Appl. Phys. Lett. (1997) Vol. 70, № 9, pp. 1089-1091.

3.  C. J. Humphreys Philosophical Magazine (2007) Vol. 87, No. 13, pp. 1971–1982.

4.  F. Bernardini et al. Phys. Rev. B (1997) Vol. 56, № 16, pp. R10024-R10027.

5.  J. H. Edgar (edited) 1994 "Group III Nitrides" (London: INSPEC).

6.  V. Yu. Davydov et al. J. Graul. Phys. Stat. Sol. B (2002) Vol. 229, № 3, pp.

7.  T. L. Tansley, C. P. Foley. J. Appl. Phys. (1986) Vol. 59, № 9, pp. 3241-3244.

8.  J. Wu et al. Appl. Phys. Lett. (2002) Vol. 80, № 25, pp. 4741-4743

9.  M. D. McCluskey et al. J. Appl. Phys. (2003) Vol. 93, № 7, pp. 4340-4342.

10.  , . ФТП (2004) Том 38, № 8, стр.897-936.

11.  S. Y. Karpov. MRS Internet J. Nitride Semicond. Res., 3, 16 (1998).

12.  I-hsiu Ho and G. B. Stringfellow Appl. Phys. Lett. (1996) Vol. 69, № 18, pp.

13.  R. People, J. C. Bean. Appl. Phys. Lett. (1985) Vol. 47, № 3, pp. 322-324.

14.  S. Pereira et al. Appl. Phys. Lett. (2002) Vol. 81, № 7, pp. 1207-1209.

15.  M. Shroeder, D. E. rf. Sci., 375, 129 (1997).

16.  B. Jahnen et al. MRS Internet J. Nitride Semicond. Res., 3, 39 (1998), p.1-10.

17.  H. Chen et al. MRS Internet J. Nitride Semicond. Res., 6, 11 (2001), pp. 1-8.

18.  Y.-T. Moon et al. Appl. Phys. Lett. (2001) Vol. 79, № 5, p.599-601.

19.  Y.-S. Lin et al. Appl. Phys. Lett. (2000) Vol. 77, №19, pp. 2988-2990.

20.  S. Pereira et al. Phys. Rev. B (2001) Vol. 64, № 20, pp. 205311 1-5.

21.  S. Pereira et al. Appl. Phys. Lett. (2002), Vol. 80, № 21, pp. 3913-3915.

22.  M. V. Maximov et al. Nanotechnology, 11 (4), 309 (2000).

23.  M. S. Jeong et al. Appl. Phys. Lett. (2001) Vol. 79, № 7, pp. 976-978.

24.  M. Takeguchi et al. Appl. Phys, Lett. (2004), Vol. 84, № 12, pp. 2103-2105.

25.  D. S. Sizov et al. Proc. 13th Int. Conf. .Nanostrucrures: Physics and Technology, 2005, 294.

26.  D. S. Sizov et al. Proc. 13th Conf. .Nanostrucrures: Physics and Technology, 2005.

27.  и др. ФТП (2006) том 40, №5, стр.589-596.

Российская Академия наук

Учреждение Российской академии наук

Санкт-Петербургский Академический университет –
научно-образовательный центр нанотехнологий РАН

«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по высшему образованию

д. ф.-м. н., чл.-корр. РАН

_____________________

Программа лабораторно-практической работы

«Исследование свойств порошковых люминофоров
на основе Y(Ta, Nb)O4:Tb3+»

образовательной программы опережающей профессиональной подготовки (уровень – магистратура), ориентированной на потребности проектных компаний , реализующих инвестиционные проекты в области твердотельной светотехники

Кафедра Физики и технологии наногетероструктур

Санкт-Петербург

2011

Программа составлена: к. ф.м. н.

Программа курса рассмотрена и утверждена на заседании Президиума Ученого совета СПб АУ НОЦНТ РАН, протокол № ПР-9/2011 от «14» апреля 2011 г.

Ректор СПб АУ НОЦНТ РАН академик РАН

Начальник учебного управления

Объект исследования

В работе исследуются люминофорные порошки на основе танталата/ниобата иттрия, легированного тербием ( Y(Ta1-xNbx)O4:Tb ).

Рентгеновские люминофоры (YTaO4, YNbO4) показывают существенное поглощение в рентгеновском диапазоне и излучают в ультрафиолетовом и синем диапазоне электромагнитного спектра [1,2]. Эти люминесцирующие материалы являются эффективными люминофорами для медицинской рентгенографии, где они используются в плёнках и экранах, а так же в электронных детекторах систем электронной рентгенографии, томографии и флюорографии [1-4]. YTaO4 может иметь три кристаллических структуры: высокотемпературную тетрагональную (шеелит, T-структура), низкотемпературную моноклинную (фергюсонит, M-структура), а так же иную моноклинную форму M' которую можно наблюдать в определённых условиях [2,5]. M' структура показывает более эффективный процесс зарядового транспорта, что обеспечивает наилучшую люминесценцию.

В люминофорах на основе Y(Ta, Nb)O4 люминесценция в синей области относится к TaO43-- и/или NbO43--группам кристаллической решётки [6]. Введение в состав люминофоров редкоземельных ионов, таких как Eu3+, Tb3+, Gd3+, Sm3+, Dy3+, Pr3+, приводит к частичному замещению ими иттрия в кристаллической решётке. В результате в более длинноволновой области появляются полосы излучения, связанные с редкоземельными ионами.