Жуматаев Е.К., Ким Л.М., Кукетаев Т.А.

Республика Казахстан, Карагандинскии государственный университет им.Е.А.Букетова.

ПРИРОДА НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВОЗБУЖДЕНИЙ

КРИСТАЛЛОВ ОКСОГАЛОГЕНИДОВ ВИСМУТА

б

а

Кристаллы оксогалогенидов висмута имеют слоистую структуру и относятся к группе широкозонных полупроводников. При измерении спектров пропускания монокристаллов оксогалогенидов висмута в направлении перпендикулярном слоям возникает большое число пиков, связанных с возникновением интерференционной картины при отражении света от слоев. В связи с этим спектры поглощения измерялись как на очень тонких слоях, так и по спектрам отражения порошкообразных образцов относительно окиси магния и их пересчетом по методу Кубелки-Мунка. На рисунке приведены спектры поглощения и , измеренные при 300К. В области 3.0-6.0 эВ в обоих случаях наблюдается три полосы поглощения, форма которых (особенно в случае ) явно неэлементарна. Интенсивная полоса поглощения при 4.0 эВ в имеет дублетную структуру, в случае расщепление менее выражено. При возбуждении в области фундаментального поглощения возникает фотолюминесценция. Спектр люминесценции неэлементарен и состоит, по крайней мере, из двух полос. Коротковолновая полоса с максимумом 3,1 эВ при повышении температуры до 300-400 К не исчезает, в то время, как полоса 2,4 эВ затухает уже при температурах 200-220 К. Спектр возбуждения полосы 2,4 эВ имеет явно выраженный максимум при 3,75 эВ. Коротковолновая полоса возбуждается в области 5 эВ.

Наличие в спектрах возбуждения и люминесценции коротковолновой полосы сильно зависит от степени чистоты оксида висмута, используемого при синтезе оксогалогенидов. В специально очищенных образцах при низкой температуре наблюдается только длинноволновая полоса с максимумом 2,4 эВ. Это позволяет связать коротковолновую полосу свечения с неконтролируемой примесью, а длинноволновую – с собственным свечением кристаллической основы.

Для кристалла при Т = 80К в спектре фотолюминесценции наблюдается одна элементарная полоса люминесценции с максимумом при 2,2 эВ, которая эффективно возбуждается при 3,60 эВ.

Ионы имеют электронную конфигурацию атома ртути, т.е. имеют на валентной оболочке -электроны. В настоящее время накоплен огромный фактический материал и известны основные характеристики ртутеподобных центров. Основой для интерпретации оптических полос поглощения служит идея Зейтца о соответствии полос поглощения электронным переходам в свободном ионе. Оксогалогениды висмута имеют тетрагональную симметрию. Спектр поглощения должен состоять из трех групп полос, соответствующих электронным переходам . Именно такая ситуация и наблюдается в наших экспериментах. Расщепление уровней -состояния в кристаллическом поле дает экспериментально наблюдаемый дублет в спектре длинноволнового поглощения.

Были проведены исследования фотолюминесценции примесных ионов Tl⁺, Sn²⁺ и Pb²⁺ в матрице оксогалогенидов висмута при возбуждении в низкоэнегетических полосах поглощения. Установлено, что в этом случае имеет место передача энергии примесным центрам свечения по механизму миграции нерелаксированных экситонов.

Таким образом, низкоэнергетическое возбужденное состояние в оксогалогенидах висмута это катионный экситон, образованный дыркой -типа и электроном -типа. Положение в этом смысле обратное ЩГК, где нижайший анионный экситон состоит из -дырки и -электрона.