АННОТАЦИЯ 3
Обозначения и сокращения 3
Введение 4
1 Теоретические положения 6
1.1 Алмаз и его свойства 6
1.2 Свободные экситоны 8
1.3 Электронно-дырочная жидкость 11
1.4 Излучательная рекомбинация свободных экситонов и электронно-дырочной жидкости 13
2 Экспериментальная часть 17
2.1 Объект исследования 17
2.2 Выбор источника возбуждения фотолюминесценции 17
2.3 Схема экспериментальной установки 19
2.4 Выбор образца для исследования 20
2.5 Спектры краевой фотолюминесценции 21
2.6 Аппроксимация полученных данных 23
Заключение 29
Список использованной литературы 30
В настоящее время в электронике и фотонике идет поиск новых материалов для повышения эффективности работы различных устройств. Одним из таких материалов является алмаз, его уникальные свойства могут найти применение в создании перспективных приборов оптоэлектроники. В частности, отмечается [1]:
• большая ширина запрещенной зоны
• высокая подвижность носителей заряда и их малое время жизни
• высокая электрическая прочность
• низкий коэффициент линейного расширения
• радиационная стойкость
• высокая теплопроводность
• низкий уровень собственных шумов
• высокое быстродействие
Работа направлена на изучение конденсации свободных экситонов в электронно-дырочную жидкость, в условиях существования которой, гипотетически, может возникнуть усиление фототока. Эксперименты по исследованию конденсата свободных экситонов проводились для таких полупроводников как Ge, Si, GaAs [2]. Наступившая, с недавних пор, доступность производства беспримесных синтетических алмазов позволяет актуализировать эту тему.
Эффект усиления фототока может найти свое применение в оптических коммутаторах больших мощностей, которые характеризуются отсутствием джиттера (временной нестабильности срабатывания) [9,10]. А также в углеродной электронике при создании СВЧ и КВЧ транзисторов, PIN диодов и других полупроводниковых приборов [3].
Исходя из этого, целью данной работы является регистрация и анализ спектров фотолюминесценции свободных экситонов и их конденсата при различных температурах и энергиях возбуждения в образце беспримесного синтетического алмаза.
В ходе работы были выполнены следующие задачи:
1. Изучение литературы по темам «Оптические явления в полупроводниках» и «Свободные экситоны и электронно-дырочная жидкость в полупроводниках»;
2. Подготовка литературного обзора по теме «Краевая фотолюминесценция алмаза»;
3. Проведение экспериментов по измерению температурной зависимости интенсивности краевой фотолюминесценции алмаза;
4. Анализ полученных результатов.
В ходе работы был исследован синтетический беспримесный алмазный образец C10. Проведена регистрация спектров фотолюминесценции при различных температурах. Полученные спектры были декомпозированы на фононные компоненты СЭ, ЭДЖ, ЭК.
Было замечено, что рост температуры приводил к уширению спектральных компонент. А при охлаждении образца жидким азотом полоса краевой фотолюминесценции испытала уширение ввиду конденсации СЭ в капли ЭДЖ. Также обнаружено уширение спектральных компонент сверх температурного уширения, вызванное излучательной рекомбинацией электронно-дырочной плазмы.
Спектр краевой люминесценции алмаза является проявлением как минимум четырех процессов: образование СЭ, ЭК, свечение плазмы ЭДП, конденсация ЭДЖ. Модели, адекватно описывающей одновременное существование всех четырех явлений, пока не существует, это является приоритетным направлением предстоящей работы. Далее планируется регистрация спектров люминесценции новых образцов при различных температурах и энергии лазера, подходящие образцы затем будут применяться в исследовании фотопроводимости.
