Температурная зависимость времени жизни в нанокристаллах CdS, сформированных с помощью метода Ленгмюра-Блоджетт

Abstract

Полупроводниковые нанокристаллы (НК) - многообещающие материалы для новых оптических приборов, так как длина волны люминесценции НК может меняться с изменением их размеров. Распространенными способами изготовления НК являются молекулярная лучевая эпитаксия и электронная литография. Также существуют более простые и дешевые химические методы: коллоидный синтез и метод Ленгмюра-Блоджетт (ЛБ). В данной работе исследовалась кинетика фотолюминесценции (ФЛ) НК CdS, сформированных в матрице пленки Ленгмюра-Блоджетт. Было обнаружено, что кинетика ФЛ длится необычно долгое время, более 1 мкс и затухание ФЛ идет по биэкспоненциальному закону. С целью изучения механизмов, приводящих к длительной микросекундной кинетики в данной работе была исследована нестационарная ФЛ НК CdS в диапазоне температур 5-300 К. Кривая затухания интенсивности ФЛ, измеренная при Т=5 К, описывается биэкспоненциальной зависимостью от времени и содержит два участка: быстрый и медленный. Зависимость интенсивности ФЛ от времени может быть описана суммой двух экспонент, с характерными временами жизни 40 и 150 нсек соответственно. Быстрое время затухания интенсивности ФЛ мы связываем с рекомбинацией отрицательных трионов [1]. Температурную зависимость излучательного времени жизни триона можно объяснить делокализацией электронов за пределы НК при повышении температуры и уменьшения перекрытия их волновых функций с волновой функцией дырки [2]. Медленное время жизни определяется рекомбинацией темного экситона [3]. С учетом тонкой структуры темного экситона температурную зависимость медленного времени жизни можно описать простой 3-х уровневой моделью с разными временами жизни. При этом распределения экситонов по состояниям описывается уравнением Больцмана [3]. В результате аппроксимации экспериментальной зависимости времени жизни темного экситона от температуры получаются следующие энергетические зазоры между уровнями экситонов: 7 мэВ и 86 мэВ.