Фотолюминесценция и усиление электрон-фононной связи в нанопроводах CdS с переменной концентрацией примеси Sn (IV)

Введение

В последнее время одномерные (1D) нанопровода стали привлекательными, потому что они могут функционировать как в качестве строительных блоков, так и в качестве интегрированных наносистем [1,2,3,4]. В частности, широко изучались одномерные монокристаллические широкозонные полупроводники II – VI типа CdS с прямой запрещенной зоной 2,6 эВ при комнатной температуре благодаря их превосходным свойствам в фотонике, электронике и оптоэлектронике. Имеется множество отчетов о лазерах на основе нанопроволок / нанолент на основе CdS, оптических волноводах, фотодетекторах, полевых транзисторах и логических устройствах [5,6,7,8]. Многие внутренние взаимодействия носителей заряда, такие как электронно-дырочная плазма, электрон-фононная связь, экситон-фононное рассеяние, экситон-экситонное взаимодействие и экситонный поляритон, проявляются по-новому в нанометровом масштабе [9,10,11,12 , 13]. Сила связанного взаимодействия сильно зависела от размера наноструктур, поэтому сильно влияла на оптические / оптоэлектронные свойства [14]. Например, эффект квантового ограничения и электрон-фононная связь станут особенно важными при введении локализованных состояний.

Для реализации переменной длины волны / цвета генерации и люминесценции обычно применяют проектирование ширины запрещенной зоны посредством регулировки размера или состава. Поскольку это полярный полупроводник с константой взаимодействия электрона с LO-фононами, равной 0,65, модификация энергии экситона в наноструктурах CdS ожидается из-за сильного взаимодействия Фрелиха и потенциала деформации [15]. Например, Zou et al. В работе [16] сообщается о стимулированном излучении биполяронных экситонов в одиночных нанопроволоках CdS при комнатной температуре. Либер и др. В [17] сообщается об экситон-экситонном взаимодействии для генерации в нанопроволоках CdS до 75 K, а об экситон-фононном процессе при более высоких температурах. Кроме того, электронно-дырочная плазма (EHP) и оптические резонансные процессы Фабри-Перо (F-P) также могут быть ответственны за стимулированное излучение ориентированных нанопроволок CdS, хотя диапазон перестраиваемых длин волн невелик и EHP часто повреждает нанопроволоки [18]. Эти примеры продемонстрировали, что настройка электрон-фононной связи Фрелиха вдоль одномерного аксиального распространения света была правдоподобным способом реализации переменной длины волны излучения или генерации. Недавно разветвленные нанопроволоки CdS были выращены по маршруту нанопроволока-шаблон Sn при термическом отжиге и показали интересные свойства оптического волновода [19].

В этой статье мы сообщаем о синтезе нанопроволок Sn – CdS с использованием SnO ₂ в качестве катализатора и легирующей примеси, а также их аномальные свойства фотолюминесценции и электрон-фононного взаимодействия. Как ближняя запрещенная зона, так и внутризеленная эмиссия появляются одновременно в фотолюминесцентной фотолюминесценции синтезированных нанопроволок. Последние даже показывают волноводные моды, связанные с резонатором. Причины этих явлений кроются в легировании Sn (IV) нанопроволок CdS с образованием множества центров захвата. Связь электрона с фононом приводит к аномальному усилению излучения с волноводом и настройкой цвета в очень большом диапазоне.

Методы

Синтез нанопроволок CdS, допированных оловом

Для синтеза нанопроволок CdS, легированных Sn, использовалось термическое испарение. Коммерческие CDS и SnO ₂ порошок с массовым соотношением 1:1 полностью перемешивали путем измельчения в течение 30 мин, а затем использовали в качестве исходного материала, который загружали на глиноземную керамическую лодочку и помещали в центр кварцевой трубки. Изменение весовых соотношений CdS к SnO ₂ Порошок использовался для выращивания нанопроволок CdS с различной концентрацией примеси Sn. Чистые кремниевые пластины без катализатора помещали в зону ниже по потоку для сбора продукта. Смесь газа-носителя Ar (95%) / H ₂ (5%) вводили в кварцевую трубку с постоянной скоростью потока 10 SCCM (стандартных кубических сантиметров в минуту) для удаления O ₂ внутрь перед нагреванием. H ₂ может создать восстановительную атмосферу и может предотвратить окисление и улучшить выход нанопроволок CdS. Печь быстро нагревали до 1000 ° C в течение 10 минут и выдерживали при этой температуре в течение 60 минут без изменения каких-либо условий перед естественным охлаждением до комнатной температуры. Синтезированные продукты были обнаружены на поверхности Si-подложки и внутренней стенки кварцевой трубки в зоне 5 см от исходного материала, где температура локального роста находилась в диапазоне 400–450 ° C.

Описание структуры и оптических свойств

Структура, морфология и состав полученных продуктов были охарактеризованы с помощью порошковой дифракции рентгеновских лучей (XRD, Bruker D8 Advance), сканирующего электронного микроскопа (SEM, JSM-6700F), энергодисперсионного спектроскопа (EDS). Спектр комбинационного рассеяния света был получен в конфокальном микроскопе (LABRAM-010) с использованием гелий-неонового лазера (632,8 нм) в качестве источника возбуждающего света, который фокусировался в пятно диаметром 3 мкм на образцах. Оптический волновод и ФЛ были выполнены с использованием коммерческой сканирующей ближнепольной оптической микроскопии (SNOM, Alpha 300, WITec). СБОМ имеет возможность получать оптическое изображение наноструктур с высоким пространственным разрешением и одновременно измерять их спектр ФЛ. С этим оборудованием сфокусированный Ar ⁺ Луч лазера (488 нм) освещался на одиночной нанопроволоке, которая была предварительно нанесена на кварцевую подложку. Для сбора оптического изображения использовалась хроматическая цветная ПЗС-матрица через линзу объектива. Спектры ФЛ от целой отдельной нанопроволоки CdS, легированной Sn, собирались непосредственно и вводились во флуоресцентный спектрометр. Во всех оптических экспериментах возбуждающий сигнал светился перпендикулярно поверхности образца.

Результаты и обсуждение

На рис. 1а, б показаны изображения морфологии нанопроволок, сформированных на ранней стадии и при времени роста 60 мин соответственно. Нанопроволоки на ранней стадии обычно содержат большой шарик на конце и длинный провод, соединяющийся с шариком. Диаметр нанопроволоки составляет от 200 нм до 2 мкм, а длина - до сотен микрометров. Анализ EDS показывает, что шар состоит из Sn (рис. 1c), а проволока - из CdS (рис. 1d). Удивительно, что Cd:S всегда меньше 1. Пик встряхивания над элементом Cd указывает на возможное распределение Sn в проводах, хотя его нельзя определить напрямую с помощью EDS. Известно, что SnO ₂ может разлагаться на Sn или Sn (IV) и O ₂ , а порошок CdS при высокой температуре образует пары Cd, S и CdS. Образующийся Sn после разложения может существовать в форме газа или небольших капель жидкости (т.пл. 232 ° C, т.кип. 2602 ° C). Этот газ или капли затем переносятся в низкотемпературную зону газом-носителем и осаждаются в виде жидкого слоя, который реагирует с прибывшими парами CdS и приводит к образованию слоя жидкого сплава Sn – CdS для роста нанопроволок CdS, легированных инициированием. Следовательно, нанопроволоки следуют процессу роста пар-жидкость-твердое тело (VLS) [20], где частицы или капли Sn-катализатора ответственны за рост нанопроволок CdS, пока слой сплава продолжает собирать пары Sn и CdS. На ранней стадии нанопроволоки имеют морфологию головастиков, а поверхность гладкая. Лю и др. [21] синтезируют разветвленные наноструктуры CdS, используя такой крошечный Sn в качестве катализатора и второго центра зародышеобразования. В нашем эксперименте Sn диффундировал и легировался в решетку нанопроволок CdS и еще не достиг пересыщения для осаждения в качестве второго центра зародышеобразования. Таким образом, готовые изделия имеют прямую морфологию вместо ответвлений.

а , b СЭМ нанопроволок CdS, легированных Sn, сформированных на ранней стадии и после 60 мин роста. Вставка а является усиленным увеличением типичной нанопроволоки. c , d EDS шарика с наконечником и основной нанопроволоки соответственно

Рентгеновская дифрактограмма полученных нанопроволок показана на рис. 2. Кристаллографическая фаза хорошо согласуется с гексагональным вюрцитом CdS (карта JCPDS:41-1049) с постоянными решетки a =4,141 Å и c =6,720 Å. Следовательно, полученные нанопроволоки можно обозначить как вюрцит CdS. Кроме того, дифракционные пики Sn (карта JCPDS:4-673 для тетрагональных с постоянными решетки a =5,831 Å и c =3,182 Å), что указывает на наличие большого количества Sn на головке нанопроволок CdS. Эти сильные и острые дифракционные пики показывают высокое кристаллическое качество полученных нанопроволок.

Рентгенограммы нанопроволок CdS, легированных Sn

На рис. 3а, б показаны спектры микро-комбинационного рассеяния одиночных нанопроволок с разной концентрацией легирующей примеси при комнатной температуре. Два сильных пика при 296 и 592 см ⁻¹ относятся к 1LO и 2LO CdS соответственно [22]. Поляризация в Z ось сильно взаимодействует с электроном или экситоном. Сила связи электрона с LO-фононами в одномерных полупроводниковых структурах может быть значительно усилена за счет ограничения фононов в поперечных направлениях и удобной транспортировки элементарного возбуждения (экситона и фотона) в продольном направлении. Сила электрон-фононной связи в полупроводниках может быть оценена по отношению интенсивностей обертонного фонона к основному фонону (\ (I _ {{{\ text {2LO}}}}} / I _ {{{\ text {1LO}}}}} \)) [23]. В нашем результате большое отношение интенсивностей \ (I _ {{{\ text {2LO}}}}} / I _ {{{\ text {1LO}}}}} \) (1.67) отражает более сильную связь электронов с гетеродинамическими фононами в эти нанопроволоки Sn – CdS, чем нанопроволоки из чистого CdS 1D с \ (I _ {{{\ text {2LO}}}} / I _ {{{\ text {1LO}}}}} \) равным 1,52. Четыре другие фононные моды (208, 320, 337, 357 см ⁻¹ ) наблюдались в спектре комбинационного рассеяния света, которые не являются собственными фононными модами CdS. После тщательного изучения эти режимы были обозначены как \ (E _ {{\ text {g}}} \), \ (A _ {{{\ text {1g}}}} \), \ (A _ {{2 {\ text {u}} ({\ text {TO}})}} \), \ (A _ {2 {\ text {u}} ({\ text {LO}})}} \) примесные режимы колебаний легированного Sn (IV) S ₂ соответственно [24, 25]. Очень интересно, что мы даже можем наблюдать активные ИК-режимы (\ (A _ {{2 {\ text {u}} ({\ text {TO}})}} \), \ (A _ {{2 {\ text {u }} ({\ text {LO}})}} \)) SnS ₂ в спектре комбинационного рассеяния света, что свидетельствует о значительном ослаблении правила переходов при электронной поддержке, т. е. о захвате носителей заряда. Поскольку кристаллы одноосные и когда направление распространения фононов не совпадает с главной осью кристалла, некоторые инфракрасные и рамановские моды могут быть активными одновременно из-за электрон-фононного или экситон-фононного взаимодействия [26]. Повышенная деформация кристаллов и окружающие структурные флуктуации из-за примеси Sn в нанопроволоках CdS частично способствуют слабой активности инфракрасных мод [27]. \ (A _ {{2 {\ text {u}}}} \) - акустическая мода, возникновение которой подразумевает заметное взаимодействие электрона с локальным акустическим фононом и тем самым частично способствует аномальным эмиссионным свойствам нанопроволок Sn – CdS. Наблюдаемые режимы примесных колебаний дополнительно указывают на успешное легирование Sn (IV) в определенном количестве в нанопроволоки, что значительно изменило оптические свойства. Мы выполнили измерения рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) на этих нанопроводах Sn – CdS. Однако он не может отличить обнаруженное содержание Sn от шарика с наконечником или основной нанопроволоки из-за низкого пространственного разрешения XPS. Кроме того, содержание Sn слишком низкое, чтобы его можно было обнаружить с помощью энергодисперсионного спектроскопа (EDS). Здесь мы качественно определили более высокую или более низкую концентрацию Sn в основной нанопроволоке с помощью спектров комбинационного рассеяния. Как показано в спектрах комбинационного рассеяния света, отношение интенсивностей моды CdS к SnS ₂ режим уменьшается с увеличением отношения SnO ₂ до CdS в исходном порошке, что качественно указывает на концентрацию высоколегированного Sn.

а , b Спектры микро-комбинационного рассеяния света одиночной нанопроволоки CdS, легированной Sn, синтезированной с высоким и низким отношением CdS к SnO ₂ , используя He – Ne-лазер (632,8 нм) в качестве источника возбуждающего света

Измерение ФЛ очень эффективно для определения структурных дефектов и примесей в полупроводниковых наноструктурах. Для слабой системы электрон-фононной связи Фрелиха ФЛ модифицируется путем введения примеси, которая влияет на потенциал образования и коэффициент фотон-фононной связи. Полоса излучения может отображать многофононную реплику, когда легирующая примесь располагается на глубоком уровне. Полоса экситонного излучения даже коллапсирует в широкополосные или сателлитные полосы глубокого ловушечного состояния в системе сильной связи. Мы измерили оптический волновод и спектр ФЛ одиночной прямой нанопроволоки Sn – CdS (концентрация примеси <0,01%), чтобы изучить эффект легирования и электрон-фононное взаимодействие в соответствии с отношением интенсивностей излучения в ближней запрещенной зоне к излучению в захваченном состоянии. ФЛ in situ одиночной нанопроволоки Sn – CdS была настолько сильной, что ее можно было легко отобразить с помощью цветной ПЗС-камеры, и она была видна невооруженным глазом (рис. 4а). Светлопольное оптическое изображение соответствующей нанопроволоки Sn – CdS показано на вставке к рис. 4а. Часть излучения может распространяться вдоль оси и излучать на конце нанопроволоки даже при низкой мощности возбуждения, демонстрируя превосходные оптические волноводные свойства легированной нанопроволоки CdS. Мы можем наблюдать, что цвет излучения in situ желто-зеленый, а цвет излучения в конце - красный после транспортировки на большие расстояния (рис. 4a). Pan et al. сообщили об изменении цвета излучения на разных расстояниях в плотно легированных Se 1D наноструктурах CdS и объяснили это сдвигом хвостовой зоны из-за изменений состава и степени кристаллизации [28]. Фактически нельзя игнорировать эффект усиления электрон-фононной связи. В нынешних нанопроволоках CdS с редким легированием Sn причина изменения цвета излучения происходит из-за захваченных примесями экситонов и усиленного взаимодействия e-p во время транспортировки света по c ось. На рис. 4б показана ФЛ, зависящая от мощности возбуждения в дальней зоне. Излучение при 509 нм приписывается излучению, близкому к запрещенной зоне, в то время как другие широкие полосы излучения при более низкой энергии приписываются излучению в захваченном состоянии. Интенсивности всех полос излучения быстро увеличиваются с увеличением мощности возбуждения, в то время как излучение в ближней запрещенной зоне увеличивается лишь немного быстрее, чем излучение в захваченном состоянии. Это явление отличается от традиционного состояния с глубокой ловушкой, когда интенсивность излучения в ближней запрещенной зоне сильно возрастает при увеличении мощности возбуждения. Энергетический интервал между соседними полосами захваченных состояний составляет 229,7, 239,8, 267,3, 268,3, 277, 318,6, 312,1, 300,6 см ⁻¹ . , которые немного увеличиваются в сторону более длинного волнового числа и приближаются к энергии LO-фонона (296 см ⁻¹ ). Этот многофононный профиль указывает на нелинейную e-p-связь захваченного состояния [29]. Захваченные экситоны все еще сохраняют свою когерентность во время переноса света и когерентно рассеиваются на легированных ионах олова. Таким образом, небольшое отклонение энергетического диапазона от энергии LO-фонона может быть связано с увеличением расстояния прохождения света, что указывает на неполную локализацию глубоко захваченных состояний. Эти экситоны предпочитают выстраиваться вдоль линии в двумерных ограничивающих наноструктурах и соединяться, образуя новую агрегацию экситонов. Очевидно, что агрегация сама по себе представляет собой нелинейную корреляцию между экситонами и приводит к гигантской силе осциллятора, приводящей к нелинейным оптическим откликам [30, 31]. Для несовершенного наноматериала с большим количеством примесей или дефектов примеси или деформация кристалла, вызванная дефектами, могут заметно изменить электрон-фононную связь и всегда вызывают n Излучение, поддерживаемое фононами LO, в дополнение к излучению в ближней запрещенной зоне [32,33,34]. Этот профиль многофононного излучения аналогичен процессам вынужденного комбинационного рассеяния света высокого порядка в кварцевом световоде, и их отличие заключается в вкладе реального состояния в полосу излучения. Сообщается, что номер ( n ) процессов многофононного рассеяния пропорциональна коэффициенту связи поляронов α , то есть максимальный сдвиг частоты \ (n \ omega _ {{{\ text {LO}}}} \) пропорционален энергии деформации (0.5 \ (\ alpha h \ omega _ {{{\ text {LO}}) }} \)) [35]. Таким образом, настоящие спектры ФЛ указывают на очень большой потенциал деформации и сильную электрон-фононную связь в нанопроволоках Sn-CdS.

а Эмиссионное изображение в дальней зоне одиночной нанопроволоки CdS, легированной Sn. На вставке - светлопольное оптическое изображение соответствующей одиночной нанопроволоки. Шкала 20 мкм. б Спектры ФЛ в дальней зоне при увеличении мощности возбуждения. На вставке - локальное масштабирование полос испускания примесей

Концентрация легированного Sn (IV) в нанопроволоках CdS увеличивается с увеличением отношения SnO ₂ до CdS в прекурсоре, давая аналогичные спектры ФЛ с гораздо более слабым излучением вблизи запрещенной зоны и более сильным излучением примесей, как показано на рис. 5. Это представляет собой усиленное e-p-взаимодействие в этой системе. В отличие от рис. 4б, отношения интенсивностей излучения в ближней запрещенной зоне к излучению в захваченном состоянии уменьшаются до 0,05–0,10 при переменной мощности возбуждения. Интенсивность излучения в захваченном состоянии растет быстрее, чем излучение в ближней запрещенной зоне при увеличении мощности возбуждения, демонстрируя более сильное рассеяние относительно примеси и фонона. Энергетический интервал между соседними полосами примесей:272,7, 325, 324, 311,9, 364,3, 372,6, 309,1, 297,1, 371,5, 375,4, 410,7, 387,1 см ⁻¹ , которые приближаются к энергии LO фонона (296 см ⁻¹ ). Это большее отклонение отражало поэтапное возбуждение в активном световоде и продемонстрировало, что большее количество ионов Sn попадает в нанопроволоки для создания более сильной электрон-фононной связи.

а Эмиссионное изображение в дальнем поле тяжелой слаболегированной нанопроволоки CdS Sn (IV). На вставке - изображение оптической морфологии. Шкала 20 мкм. б Соответствующие спектры ФЛ в дальней зоне при увеличении мощности возбуждения

Есть еще один интересный спектр ФЛ нанопроволок CdS, легированных Sn (рис. 6). В нанопроволоках с более высокой концентрацией легирования излучение в ближней запрещенной зоне очень слабое, а излучение в захваченном состоянии играет доминирующую роль. Энергетические интервалы между соседними полосами излучения примесей составляют 488, 581,9, 655,4, 683,3, 683,8 см ⁻¹ . , которые немного увеличиваются и близки к энергии фонона 2LO (592 см ⁻¹ ). Интенсивность 2LO-фононного излучения значительно увеличивается с увеличением мощности возбуждения. Появление 2LO-фононной эмиссии предполагает сильное взаимодействие электронов с 2LO-фононами, что хорошо согласуется со спектром комбинационного рассеяния света, который демонстрирует сильную комбинационную моду 2LO (рис. 3). Это интересное явление невозможно понять с помощью обычных представлений. Сообщается, что продольная оптическая мода взаимодействует с электроном за одну пикосекунду [23]. Если пары Sn-Sn образуются в условиях сильного легирования, взаимодействие электрон-1LO фононов может привести к связанным парам, таким как биполяронные экситоны, в месте привязки. Такие состояния биполяронных экситонов (электрон-2LO-фонон) могут излучать свет когерентно, что часто происходит в захваченном центре с большим временем жизни, в то время как полоса излучения, поддерживаемая 1LO, не может быть хорошо разрешена после большой транспортной длины и кратковременной релаксации. Следовательно, 2LO-излучение может доминировать в нанопроволоках с более высокой концентрацией легирования. Еще большее количество допинга вызвало еще более аномальное явление. Это может инициировать структурную дислокацию и возможное образование кубической фазы. На рис. 6г показаны аналогичные спектры ФЛ легированной нанопроволоки при дальнейшем увеличении концентрации Sn (IV). Полосы излучения при 530 нм и 541 нм можно отнести к почти запрещенной зоне излучения вюрцита и фазы цинковой обманки CdS соответственно [36]. Разность энергий \ (\ Delta E ^ {{{\ text {WZ}} - {\ text {ZB}}}} \) в данном случае составляет 0,048 эВ, что согласуется с тем фактом, что разность запрещенной зоны WZ и ZB CdS меньше 0,1 эВ [37, 38]. Более важным является диапазон энергий соседних полос излучения в захваченном состоянии, которые показывают значения 1100,2, 1230,6, 1218,7 см ⁻¹ , которые близки к энергии фононов 4LO (1184 см ⁻¹ ). Этот эффект обертона предполагает электрон-фононное взаимодействие более высокого порядка в нанопроволоках Sn-CdS.

а , c Эмиссионные и оптические (вставки) изображения в дальнем поле нанопроволок CdS с более высокой концентрацией легирующей примеси. Масштаб 20 мкм; б , d Соответствующие спектры ФЛ в дальней зоне

Чтобы исследовать различные механизмы излучения, мы выполнили измерения затухания ФЛ на излучении в ближней запрещенной зоне и излучении в захваченном состоянии при возбуждении красителем ps N ₂ импульсный лазер на 400 нм (рис.7). Эмиссия в ближней запрещенной зоне находится на 520 нм, в то время как эмиссия с глубокими ловушками находится в диапазоне от 550 до 750 нм с центрами на 609 нм (рис. 7a), что согласуется с ФЛ одиночной нанопроволоки, исследованной с помощью SNOM. Профили спада времени жизни 520 нм и 609 нм, 625 нм, 640 нм показаны на рис. 7b, c. Время затухания 520 нм и 609 нм было подогнано с помощью многоэкспоненциальной функции, показывающей постоянные времени 0,3227 нс (22,90%), 4,2585 нс (25,86%), 26,4584 нс (35,31%), 289,1292 нс (15,92%) и 0,1309. нс (60,41%), 0,6641 нс (8,39%), 24,8286 нс (20,86%), 194,1492 нс (10,35%) соответственно. Время жизни ФЛ полос 640, 625 и 609 нм показало почти одинаковые профили и параметры времени жизни. Такие результаты контрастируют с ранее опубликованными [18]. В процессе энергетической релаксации чистой нанопроволоки CdS при различной мощности возбуждения происходит только электрон-фононное и экситон-экситонное взаимодействие. Для нанопроволок CdS, легированных Sn, в процессе релаксации должны участвовать другие взаимодействия, такие как состояние с глубокими ловушками и эффект полости. Принципиальная схема процессов распада представлена ​​на рис. 7г. Носители заряда в ловушке и экситоне сосуществуют и релаксируют к краю зоны проводимости из более высокой протяженной зоны после возбуждения, и многие из них захватываются примесными состояниями внутри запрещенной зоны. Взаимодействия между носителями с этих различных примесных уровней или уровней парных состояний также участвуют в рекомбинации экситона и излучают в активном оптическом резонаторе, что соответствует наблюдаемым разным временам жизни распада. Есть частичные носители, которые должны быть рассеяны с одного глубоко захваченного уровня и снова захвачены низким уровнем захвата (процесс рекомбинации (1), (2), (3), (4) на рис. 7d). Для ширины запрещенной зоны быстрая постоянная времени, такая как 0,3227 нс, должна соответствовать прямой рекомбинации носителей, в то время как другие постоянные времени могут соответствовать излучательной рекомбинации связанных экситонов (4,2585 нс) и мелких захваченных носителей между примесной энергетической зоной и валентностью. диапазон (десятки и сотни нс). Для излучения в захваченном состоянии гораздо более короткое время жизни <1 нс и других компонентов отражает богатые взаимодействия носитель-носитель и носитель-фонон, демонстрируя типичные характеристики захваченного состояния.

а ФЛ нанопроволок Sn – CdS при возбуждении импульсным лазером с длиной волны 400 нм. б , c Соответствующие профили затухания времени жизни ФЛ 520 нм и 609, 625, 640 нм. г Принципиальная схема носителя с различными процессами спада времени жизни

Выводы

Таким образом, мы синтезировали высококачественные нанопроволоки CdS, легированные Sn, простым методом термического испарения и продемонстрировали их интересные оптические свойства. Спектр XRD и комбинационного рассеяния подтвердил, что Sn (IV) был успешно легирован в нанопроволоки CdS. В легированной одиночной нанопроволоке одновременно наблюдались как ближняя запрещенная зона, так и эмиссия в захваченном состоянии. Дальнейший анализ излучения в захваченном состоянии в сравнении с излучением в ближней запрещенной зоне указывает на нелинейное электрон-фононное взаимодействие. Легированные нанопроволоки CdS с переменной концентрацией легирующей примеси Sn выявили хорошо разделенные полосы излучения с многофононными репликами (1LO, 2LO, 4LO), демонстрирующие усиленное электрон-фононное взаимодействие и значительное захваченное состояние. Спад времени жизни предполагал многокомпонентную релаксацию и отраженные каналы переменной рекомбинации фотогенерированных носителей. Эти легированные Sn нанопроволоки CdS могут найти потенциальное применение в светоизлучающих устройствах и системах нанофотоники.

Доступность данных и материалов

Наборы данных, использованные или проанализированные в ходе текущего исследования, можно получить у соответствующего автора по разумному запросу.

Сокращения

PL:

Фотолюминесценция

1D:

Одномерный

EHP:

Электронно-дырочная плазма

F-P:

Фабри – Перо

SCCM:

Стандартные кубические сантиметры в минуту

VLS:

Пар – жидкость – твердое вещество