Дослідження екситонних спектрів у квантово-розмірних структурах різного типу з урахуванням ефекту просторового обмеження, скінченності висоти потенціальних бар’єрів. Вплив зовнішнього оточення внаслідок його поляризації в області межі розділу середовищ.
Аннотация к работе
В той же час теоретичні моделі, які використовуються на даний час при розрахунку енергетичного спектру та інших характеристик квазічасток у квантово-розмірних структурах (КРС), є досить недосконалими. Але різке збільшення часу чисельних розрахунків при збільшенні розміру кластера, по-перше, обмежує використання цього методу на практиці кластерами до 2 нм у діаметрі, а по друге, не дає можливості врахувати вплив на енергетичний спектр зовнішнього середовища. Друга група моделей базується на використанні характеристик зонного спектру і методу огинаючої хвильової функцій. Актуальність теми дисертаційної роботи зумовлена необхідністю створення теорії, яка могла би більш точно ніж існуючі теорії описувати спектри квазічасток у квантово-розмірних системах “напівпровідник-діелектрик” при достатньо малих розмірах. Тому в дисертації розвинуто теорію, яка дозволяє врахувати поляризаційні явища, особливості зонної структури матеріалу системи і придатна для опису квантово-розмірних систем різної форми.У наближенні ефективних мас та квадратичного закону дисперсії розраховано енергії звязку екситону та енергії екситонних випромінювальних переходів на прикладі системи Si-SIOX. У випадку КЯ найнижчі за енергією стани екситонів, сформовані важкою діркою Г-долини і електроном Х-долини зони провідності, описуються огинаючими хвильовими функціями виду K|| =S-1/2 exp(IK||R||) exp(IK0 ze ) Y(r, ze , zh), де S - площа структури, R|| = {X,Y} - координата центу маси екситона в площині шару, K|| - планарний хвильовий вектор екситона, K0 - хвильовий вектор, що відповідає дну X-долини зони провідності кремнію в поперечному напрямку, ze (zh) - електронна (діркова) координата в цьому ж поперечному напрямку ? - відстань між електроном та діркою в площині ями. Розрахунок характеристик основного стану екситона проведено в наближенні квантової межі, використовуючи простий вид варіаційної функції з розділеними змінними повздовжнього і поперечного руху: , (4) де функція з варіаційним параметром a описує відносний планарний рух носіїв заряду в основному стані екситона, тоді як функції і - поперечний рух електрона і дірки в найнижчих енергетичних станах розмірного квантування в рамках моделі прямокутних потенціальних ям з ефективними висотами барєрів і , відповідно. Спектральна густина стаціонарної екситонної ФЛ структури з багатьма квантовими шарами чи з однією квантовою ямою, різні частини якої мають різну товщину, що характеризуються деяким розподілом товщин D у випадку Лоренцевої форми лінії ФЛ окремих КЯ буде рівна: (10) де - інтегральна інтенсивність екситонної смуги фотолюмінесценції при відповідній енергії E(D) екситонного переходу, Г(?) - параметр мезоскопічного уширення, повязаний з квантово-мезоскопічними флуктуаціями в системах з малою кількістю часток (у напрямку розмірного квантування). Як видно з рисунку, вони достатньо добре узгоджуються, якщо значення номінальних товщин D квантових ям 1.1, 1.4 і 2.2 нм, на яких вимірювалися експериментальні спектри ФЛ, замінити при розрахунках скоректованими значеннями D ~1.4, 1.6 і 2.2 нм, використовуючи залежності енергії екситонного переходу від товщини квантової ями.
План
2. Основний зміст роботи
Список литературы
1. Саченко А.В., Корбутяк Д.В., Горячев Д.Н., Сресели О.М., Крылюк С.Г., Крюченко Ю.В., Купчак И.М., Полисский Г. Особенности экситонной фотолюминесценции в слабо и сильно легированных квази-1D структурах на основе кремния // Четвертый Международный украинско-русский семинар “Нанофизика и наноэлектроника”. ? Сборник тезисов. ? Киев, Украина. ? 2003. ? C. 16.
2. D.V. Korbutyak, Yu.V. Kryuchenko, A.V. Sachenko, I.M. Kupchak Characteristics of confined exiton states in silicon quantum wires // Semiconductor Physics, Quantum Electronics& Optoelectronics. ? 2003. ? V.6. ? № 2. ? Р. 172-182.
3. Ю.В. Крюченко, Д.В. Корбутяк, І.М. Купчак Вплив діелектричного оточення на енергетичний спектр і взаємодію носіїв заряду в квантових точках // Матеріали ІІ Укр. наукової конф. з фізики напівпровідників (20-24 вересня 2004, Чернівці) - 2004. - Т. 2. ? С. 142.
4. І.М. Купчак, Ю.В. Крюченко, Д.В. Корбутяк Енергетичний спектр екситонних та домішкових станів в напівпровідникових квантових точках, що знаходяться в діелектричному середовищі // Матеріали наукової конференції НАНСИС-2004. ? 12-14 жовтня 2004, Київ. - С. 313.
5. І.М. Купчак Ю.В. Крюченко, Д.В. Корбутяк Енергетичні і випромінювальні характеристики електрон-діркових збуджень в напівпровідникових квантових точках, що знаходяться в діелектричній матриці // “Нанофізика, наносистеми, наноматеріали”. ? 2004-Т.2. ? № 3 ? С. 765-782.
6. І.М. Купчак, Ю.В. Крюченко, Д.В. Корбутяк Енергетичні характеристики екситонних станів в напівпровідникових структурах з квантовими точками // Матеріали X Міжнародної конференції з фізики і технології тонких плівок ? Івано-Франківськ, 2005. ? Т. 2. ? C. 78.
7. I.M. Kupchak, Yu.V. Kryuchenko, D.V. Korbutyak, A.V. Sachenko Exciton energy spectrum and photoluminescence properties of silicon quantum well structures // Proc. Of 1st Ukraine-Korea Seminar on Nanophotonics and Nanophysics, 21-22 June 2005, Kiev, Ukraine.
8. S.G. Krylyuk, Yu.V. Kryuchenko, D.V. Korbutyak, I.M. Kupchak Theoretical and experimental studies of colloidal solution of CDTE nanocristals // Proc. Of 1st Ukraine-Korea Seminar on Nanophotonics and Nanophysics, 21-22 June 2005, Kiev, Ukraine.
9. А.В. Саченко, Д.В. Корбутяк, Ю.В. Крюченко, І.М. Купчак Теорія екситонної фотолюмінесценції в кремнієвих квантових ямах // Матеріали V міжнародної школи-конференції “Актуальні проблеми фізики напівпровідників” ? Дрогобич, Україна. ? 27-30 червня, 2005.
10. А.В. Саченко, Ю.В. Крюченко, Д.В. Корбутяк, И.М. Купчак Экситонная фотолюминисценция в кремниевых квантовых ямах // Тезисы VI Международного украинско-российского семинара “Нанофизика и наноэлектроника”. Киев, Украина. ? 26-28 вересня 2005.
11. И.М. Купчак Д.В. Корбутяк, Ю.В. Крюченко, А.В. Саченко, И.О. Соколовский, О.М. Сресели Характеристики экситонов и экситонная фотолюминисценция структур с кремниевыми квантовыми точками // ФТП. ? 2006. ? Т. 40. ? № 1 ? C. 98-107.
12. I.M. Kupchak, D.V. Korbutyak, Yu.V. Kryuchenko Excitons and trions in spherical semiconductor quantum dots // Semiconductor Physics, Quantum Electronics& Optoelectronics ? 2006. ? V. 9. ? № 1 ? P. 1-8.
14. А.В. Саченко, Д.В. Корбутяк, Ю.В. Крюченко , И.М. Купчак Экситонная фотолюминесценция структур с кремниевыми квантовими ямами // ФТП. ? 2006. Т. 40.? № 8. ? С. 955-962.
15. E.C. Cho, M.A. Green, J. Xia and R. Corkish Clear quantum-confined luminescence from crystalline silicon - SIO2 single quantum wells // Appl.Phys.Lett., ? 2004. ? V 84. № 13. ? Р. 2286-2288.
16. J.D. Jackson Classical Electrodynamics ? John Wiley & Sons Inc., N.Y. - London. ? 1962.
17. L. Patrone, D. Nelson, V.I. Safarov, M. Sentis and W. Marine. Photoluminescence of silicon nanoclusters with reduced size dispersion produced by laser ablation // J.Appl.Phys. ? 2000. ? V87. ? № 8. ? Р. 3829-3837.