Исследование зависимости интенсивности люминесценции пленок оксида цинка от уровня фотовозбуждения

Цель работы:
Исследование влияния уровня фотовозбуждения на интенсивность люминесценции пленок оксида цинка при наличии поверхностного плазмонного резонанса.

Применение:
Разработка рекомендаций для получения максимального усиления при помощи ППР.
Увеличение эффективности светоизлучающих устройств на основе ZnO.

Установка для измерения спектров фотолюминесценции
Измерения проводились на базе ИРЭ им. Котельникова

Методы изготовления образцов
Метод химического осаждения из газовой фазы (CVD);
Метод магнетронного распыления;
Импульсное лазерное осаждение (ИЛО)
S.J. Jiao, Z.K. Tang et al., ZnO p-n junction light-emitting diodes fabricated on sapphire substrates. //Appl. Phys. Lett. 2006. V.88. P.031911-3

Обзор образцов
SEM ZnO. Изготовлен методом CVD, серебро нанесено магнетронным методом.
SEM ZnO. Изготовлен методом магнетронного напыления, серебро нанесено методом ИЛО.
SEM получены на базе ИК им. Шубникова РАН.

Результаты измерений
Спектры пленки оксида цинка, полученной методом CVD, с покрытием серебра разной толщины, записанные с возбуждением He-Cd - лазером.
Все спектры люминесценции обрабатывались с использованием пакета Origin.

Спектры пленки оксида цинка, полученной методом CVD, с покрытием серебром разной толщины, записанные с возбуждением Nd:YAG - лазером.
Все спектры люминесценции обрабатывались с использованием пакета Origin.

Зависимость отношения интенсивностей люминесценции покрытой и непокрытой серебром частей образца (метод CVD) от накачки; толщина пленки серебра – 5нм
Все спектры люминесценции обрабатывались с использованием пакета Origin.

Пересечение зависимостей интенсивностей от энергии накачки для непокрытой и покрытой серебром части пленки оксида цинка.
Все спектры люминесценции обрабатывались с использованием пакета Origin.

Теоретическая модель

Результаты теоретического моделирования
Сравнение экспериментальной и рассчитанной зависимостей интенсивности люминесценции от уровня возбуждения для образца ZnO/Ag , изготовленного методом термического осаждения с разными толщинами серебра
Все спектры люминесценции обрабатывались с использованием пакета Origin.

Сравнение экспериментальной и рассчитанной зависимостей интенсивности люминесценции от уровня возбуждения для ZnO/Ag, изготовленного методом магнетронного распыления. Толщина Ag 10 нм.
Все спектры люминесценции обрабатывались с использованием пакета Origin.

Выводы:
Усиление люминесценции пленок ZnO при помощи эффекта ППР возможно только в определенном диапазоне энергий.
Толщина пленки серебра оказывает существенное влияние на усиление люминесценции образцов при помощи ППР.

Список литературы
В.В. Климов ―Наноплазмоника‖. – М.:ФИЗМАТЛИТ, 2009, - 480 с. – ISBN 978-5-9221-1030-3;
Anderson P.W. Absence of diffusion in certain random lattices//Phys.Rev. –1958.–Т.109.–С.1492;
S. Major, S. Kumar, M. Bhatnagar, K.L. Chopra, Appl. Phys. Lett. 49 (1986) 349;
S.J. Jiao, Z.K. Tang et al., ZnO p-n junction light-emitting diodes fabricated on sapphire substrates. //Appl. Phys. Lett. 2006. V.88. P.031911-3;
Wang L, Giles NC. Temperature dependence of the free-exciton transition energy in zinc oxide by photoluminescence excitation spectroscopy. J Appl. Phys. 2003; 94; 973-978
Maier SA. Plasmonics: Fundamental and Applications. Springer Business and Science Media LLC 2007;
C. H. Ahn, Y. Y. Kim, D. C. Kim, S. K. Mohanta, H. K. Cho. J. Appl. Phys., 105 (2009) 013502;
J. W. Sun, Y. M. Lu, Y. C. Liu, D. Z. Shen, Z. Z. Zhang, B. Yao, B. H. Li, J. Y. Zhang, D. X. Zhao, X. W. Fan. J. Appl. Phys., 102 (2007) 043522;

Благодарности:
Научной группе по изучению люминесцентных свойств оксида цинка на базе ИРЭ им. Котельникова за совместную плодотворную работу;
Научной группе по изучению свойств полупроводниковых структур на базе ИК им. Шубникова за предоставление доступа к установкам для изготовления и анализа образцов;
Маркушеву В.М. за указание недочетов и помощь в исправлении дипломной работы;
Отдельное спасибо научному руководителю, Рыжкову М.В., за трезвую критику и стимуляцию рабочей деятельности.

Спасибо за внимание!