Результаты эксперимента
Результатом эксперимента являются спектры люминесценции пленок, представленные ниже.
Рис.9 Спектры пленки оксида цинка, полученной методом CVD, с покрытием серебром разной толщины, записанные с возбуждением He-Cd - лазером.
Рис. 10 Спектры пленки оксида цинка, полученной методом CVD, с покрытием серебром разной толщины, записанные с возбуждением Nd:YAG – лазером
На основании полученных спектров можно построить зависимость усиления люминесценции от накачки.
Рис. 7 Зависимость отношения интенсивностей люминесценции покрытой и непокрытой серебром частей образца 1 (усиления) от накачки; толщина пленки серебра – 5 нм
Для наглядности спектры необходимо проинтегрировать и получить зависимость интегральной интенсивности от накачки. Видно, что зависимость не линейна и при определенных величинах накачки можно увидеть «загибание» кривой.
Рис. 8. Аппроксимация зависимости интенсивности люминесценции от накачки для пленки ZnO, покрытой слоем серебра толщиной 5 нм. (Энергии накачки 100 мкДж соответствует мощность 20 кВт.)
Рис. 8. Пересечение зависимостей интенсивностей от энергии накачки для непокрытой пленки оксида цинка и пленки оксида цинка, покрытой 10 нм серебра.
Теоретическая часть. Теоретическая модель
Как было описано выше, излучение оксида цинка можно наблюдать в двух случаях:
Излучение в ближней УФ области, обусловленное рекомбинацией экситонов
Излучение в видимом диапазоне, обусловленное наличием дефективных энергетических уровней.
Описанный ниже подход дает возможность моделировать зависимость интенсивности излучения от уровня возбуждения и, путем учета экспериментальных данных, оценивать значение параметров, характеризующих процессы протекающие в ходе излучения.
Для удобства работы с моделью будем исходить из корпускулярного представления, а именно:
Будем описывать
временной ход концентрации электронов
в зоне проводимости (
),
дырок в валентной зоне (
),
экситонов (
),
фотонов, возникающих в результате
рекомбинации экситонов и создающих
плазмоны (
),
фотонов, которыми мы упрощенно будем
описывать создаваемое плазмонами поле
в наноразмерной области между Ag-покрытием
и ZnO (
)
и фононов, возникающих за счет нагрева
(
).
В ходе работы обнаружено, что при изменении энергии возбуждающего импульса от минимальной до максимальной положение максимума спектра рекомбинационного излучения сдвигается в длинноволновую сторону. Скорее всего этот эффект обусловлен изменением ширины запрещенной зоны оксида цинка. Величина сдвига составляет приблизительно 4-5 нм, или ~40 мэВ и, с учетом того, что при T > 200K ширина запрещенной зоны при нагреве на градус уменьшается на ~ 0.35 мэВ [51], отсюда следует, что при возбуждении системы ZnO/Ag импульсами с большой энергией нагрев системы может составлять приблизительно до 110 К. Чтобы учесть подобные сдвиги в систему было добавлено уравнение для фотонов.
Результаты теоретического моделирования
Анализ и интерпретация экспериментальных и теоретических результатов.
Выводы.
Применение.
Список литературы.
1 M.Liu,S.W.Qu,W.W.Yu,S.Y.Bao,C.Y.Ma,Q.Y.Zhang, J. He, J. C. Jiang, E. I. Meletis, and C. L. Chen, Appl. Phys. Lett. 97, 231906
2 P. Abiyasa, S. F. Yu, S. P. Lau, E. S. P. Leong, and H. Y. Yang, Appl. Phys. Lett. 90, 231106 (2007).
3M. V. Ryzhkov, S. I. Rumyantsev, V. M. Markushev, Ch. M. Briskina, and A. P. Tarasov CLEO 2012 - Technical Digest.
4 G. Sun, J. B. Khurgin, and R. A. Soref, Appl. Phys. Lett. 94, 101103 (2009).
5 P. Abiyasa, S. F. Yu, S. P. Lau, E. S. P. Leong, and H. Y. Yang, Appl. Phys. Lett. 90, 231106 (2007).