Введение к работе
1- Актуальность : Совокупность свойств галогенидов серебра AgBr, AgCl, и их растворов AgBri-xClx обуславливает их широкое применение в самых различных областях науки и техники. До сих пор не найдено материалов, способных конкурировать с галогенидами серебра в фотографии, в фотохромной оптике, в твердых электролитах. Другая область применения связана с прозрачностью кристаллов галогенидов серебра и их твердых растворов в широком спектральном диапазоне от 0.5 до 15-20 мкм и с возможностью получения из них методами пластической деформации оптических элементов, например световодов. В отличие от других материалов, прозрачных в ИК области спектра, световоды из галогенидов серебра не токсичны, практически не гигроскопичны и обладают высокой механической прочностью. Эти преимущества позволяют разрабатывать и применять световоды из этих материалов как наиболее перспективные в лазерной медицине и технологии [1].
Известно, что уменьшение фоточувствительности AgBr, AgC] достигается глубокой очисткой кристаллов, при этом значительно уменьшаются и оптические потери в ИК-диапазоне [2D.
Галогениды серебра являются интересными и с точки зрения Фундаментальной физики. Так, ряд твердых растворов AgBri-x С1х (0 і х < і) представляет собой уникальную систему, в которой при х= 0 существуют свободные экситоны, при х = 1 - автолокализован-ные экситоны, а в интервале 0.3< х <0.5 сосуществуют автолокали зованные и свободные экситоны [3]. Это дает возможность исследовать влияние состава твердого раствора на процессы экситон-фононного взаимодействия, обуславливающие автолокализацию.
Широкое применение галогенидов серебра в науке и технике делают актуальными все более детальное исследование их фундаментальных оптических свойств и илияния на эти свойства примесей, дефектов и внешнего воздействия.
В настоящей работе эти задачи решаются путем исследования края фундаментального поглощения и катодолюминесценции.
2 - Цель работы:
Исследование температурной зависимости края фундаментального поглощения и катодолюминесценции галогенидов серебра и их твердых
растворов AffBrt-x С1х ( 0 < х < 1).
На основе полученных экспириментально параметров Урбаха изучено процесса экситон - фононного взаимодействия в этих материалах
3 ~ Научная новизна:
Получены параметры правила Урбаха для твердых растворов AgBri-x С']х ( 0 %>' х к 1), определяющие эффективность экситон -фононного взаимодействия в процессах краевого фундаментального поглощения в области энергий непрямого экситона в интервале тем ператур 140 400 К.
Проведены исследования спектров катодолюминесценции кристаллов AtcBr-i-x С1Х ( 0 < х і 1) при высоких уровнях возбуждения в интервале температур 78 - 350 К, что позволило проследить влияние экситон - фононного взаимодействия и несовершенств кристаллической решетки ( дефектов, флуктуационнои неоднородности и др.) на процессы излучательной рекомбинации.
Установлено, что при 78 К автолокализация экситонов в кристаллах А^Ві 1-х С1х происходит при х - 0.4 .
Установлено, что при комнатной температуре краевая полоса люминесценции кристаллов AgBri_x С]х формируется в результате наложения трех широких полос, образующихся в результате излучательной рекомбинации свободных непрямых экситонов, свободных электронов и дырок и автолокализованных непрямых экситонов при интенсивном электрон фононном взаимодействии, причем роль последнего фактора все более возрастает по мере увеличения количества AgCl в растворе.
В методическом плане новизна работы заключается в разработке оригинальной методики исследования края фундаментального поглоше ния, позволяющей в кристаллах AgBri-x С1х ( 0 % х ч 1) надежно отделять процессы поглощения света в области энергий непрямыми экситонов от процессов, связанных с прямыми переходами, а также в исполб:к'1',лнии импульсного ( О.Ь мкс) возбуждения крист.'шюв пучком электронов, что позволило исследовать процессы люминесценции при высоких уровнях возбуждения и в интервале температур 70 -350
К-
4 - Практическая значимость^
Результаты проведенных исследований могут быть использованы для разработки методов диагностики дефектности решетки и содержа-
ния примесей в кристаллах бинарных соединении AgBr, AgCl и их твердых растворов, необходимы для оптимизации технологии получения кристаллов и их обработки для применений в оптоэлектронике. 5 - Основные результаты, выносимые на защиту:
-
Показано, что низкоэнергетический край фундаментального поглощения в нелегированных кристаллах твердых растворов AgBri-xClx и в кристаллах и их исходных компонент формируется путем взаимодействия непрямых экситонов с продольными оптическими фононами. При этом в первичном акте поглощения кванта света для всех составов твердого раствора и при всех температурах в интервале 78 - 350 К образуются свободные экситоны с участием двух фо-ноноп.
-
Показано, что при низких температурах константа экситон -фононного взаимодействия возрастает с ростом концентрации хлора в твердом растворе, причем тем сильнее, чем температура ближе Т = 78 К. При температурах выше 400 К константа экситон - фононного взаимодействия практически перестает зависеть от состава раствора.
-
Показано, что в твердых растворах AgBri-xClx энергия продольного оптического фонона линейно растет с увеличением х.
-
Показано, что низкоэнергетическое плечо полосы катодолю-минесценции свободного экситона в кристаллах AgBr определяется правилом Урбаха, энергетический параметр которого с ростом температуры растет сверхлинейно, согласуясь с данными по исследованию длинноволнового края фундаментального поглощения в области энергетического спектра непрямого экситона.
-
При температуре 78 К в спектрах катодолюминесценции кристаллов твердых растворов AgBri-xClx излучательная рекомбинация свободных экситонов наблюдается при значениях х < 0.4 , при х > 0.4 происходит практически полная автолокализация экситонов. В интервале 0 < х <С 0.4 положение линии свободных экситонов смещается в сторону больших энергий линейно с ростом X.
-
Краевая полоса катодолюминесценции твердых растворов AgBri-xClx при комнатный температуре формируется по крайней мере тремя механизмами: излучательной рекомбинацией свободных экситонов, свободных электронно - дырочных пар и автолокализованных экситонов, при этом роль последнего механизма все больше возрастает при увеличении х.
- б -
6 ~ Объем и структура работы:
Диссертация изложена на 128 страницах, включая 80 стр.текста, иллюстрируется 39 рисунками, 2 таблицами и состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 87 наименований.
Похожие диссертации на Экситон - фононное взаимодействие в процессах оптического поглощения и катодолюминесценции кристаллов AgBr1-хClx(O... x...1)
