Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Фотонное эхо и характеристика резонансных сред 13
1.1. Первичное и стимулированное фотонное эхо 13
1.2. Нефарадеевский поворот вектора линейной поляризации фотонного эха 20
1.3. Характеристика исследуемых полупроводниковых сред и условия их возбуждения
1.3.1 Характеристика оксида цинка 24
1.3.2 Двухфотонный режим возбуждения материала ZnO 33
1.3.3 Характеристика кремния, легированный бором или фосфором
1.4. Наноразмерные кластеры дефектов 43
1.5. Гетероструктура ZnO/Si 46
1.6. Выводы по первой главе 50
Глава 2. Экспериментальное оборудование и методика возбуждения фемтосекундных сигналов фотонного эха 51
2.1. Характеристика тонких текстурированных пленок 51
2.2. Особенности возбуждения сигналов фотонного эха на суперпозиционных экситонных состояниях в квантово-размерных дефектах тонких текстурированных пленок 55
2.3. Экспериментальная установка и условия возбуждения фемтосе-кундного первичного фотонного эха в тонких текстурированных пленках 59
2.4. Экспериментальная установка и условия возбуждения фемтосе-кундного стимулированного фотонного эха в тонких текстурирован-ных пленках 66
2.5. Выводы по второй главе 69
Глава 3. Двухфотонное возбуждение сигналов фотонного эха на локализованных экситонных состояниях в тонких текстурированных пленках и их применение 70
3.1. Обнаружение фемтосекундного первичного фотонного эха на локализованных экситонных состояниях в тонких текстурированных пленках 70
3.2. Методика измерения времени необратимой поперечной релакса ции Т2 в тонких текстурированных пленках 79
3.3. Обнаружение фемтосекундного стимулированного фотонного эха в режиме двухфотонного возбуждения на локализованных экситонных состояниях в тонкой пленке оксида цинка
3.4. Методика измерения времени необратимой продольной релаксации Т1 в тонких текстурированных пленках 90
3.5. Выводы по третьей главе 93
Глава 4. Нанооптические эффекты фотонного эха в тонких текстуриро ванных пленках 95
4.1. Обнаружение эффекта увеличения времени релаксации в тонкой текстурированной пленке при уменьшении ее толщины 96
4.2. Обнаружение фемтосекундного стимулированного фотонного эха в текстурированных тонких пленках кремния, легированного бором или легированного фосфором 102
4.3. Эффект увеличения времени релаксации Т1 в трехслойной пленке (n-p-n)-типа по сравнению с однослойными пленками 108
4.4. Выводы по четвертой главе 111
Заключение 113
Список сокращений и условных обозначений 115
Примечание 116
Список литературы
- Двухфотонный режим возбуждения материала ZnO
- Особенности возбуждения сигналов фотонного эха на суперпозиционных экситонных состояниях в квантово-размерных дефектах тонких текстурированных пленок
- Методика измерения времени необратимой поперечной релакса ции Т2 в тонких текстурированных пленках
- Обнаружение фемтосекундного стимулированного фотонного эха в текстурированных тонких пленках кремния, легированного бором или легированного фосфором
Двухфотонный режим возбуждения материала ZnO
При возбуждении сигналов ПФЭ и СФЭ в резонансном газе под воздействием продольного (вдоль направления распространения возбуждающего лазерного излучения) однородного магнитного поля имеет место специфический (нефарадеевский) поворот вектора линейной поляризации эхо-сигналов. Величина этого поворота для ПФЭ зависела от напряженности магнитного поля, величины временного интервала между первым и вторым возбуждающими лазерными импульсами и g- фактором уровней резонансного перехода и не зависела от длины пути, пройденного лазерным излучением в резонансной среде. Для СФЭ этот эффект также зависел только от g-фактора, напряженности магнитного поля и временного интервала между вторым и третьим возбуждающими импульсами. В отличие от этого поворота вектора поляризации эффект Фарадея, зависящий от g-фактора, напряженности магнитного поля, длины пути лазерного излучения в резонансной среде и не зависящий от временных интервалов между возбуждающими импульсами, имел значения поворота вектора поляризации оптического излучения на 3 порядка меньше.
Теоретические соотношения этого эффекта для ПФЭ приведены автора ми работы [54], для СФЭ - авторами работы [55]. Первый эксперимент для ПФЭ выполнен в атомарных парах цезия [56]. В молекулярном газе этот эф фект впервые выполнен в работе [57]. Особенность его обнаружения в молеку лярном газе связана с увеличением более, чем на 3 порядка величины напря женности магнитного поля, так как в этом случае величина нефарадеевского поворота вектора поляризации эхо-сигнала зависела от ядерного магнетона ре зонансных уровней, а в атомарном газе от магнетона Бора. Для СФЭ этот эф фект впервые обнаружен в молекулярном газе [55]. В работе [57] сообщается о том, что обязательным условием наличия нефара деевского поворота вектора линейной поляризации сигнала ФЭ является отли чие резонансного перехода от перехода с изменением полного углового момен та % — % вне зависимости от соотношения между g-факторами резонансных уровней и вида резонансной среды. Это условие хо рошо выполняется для газовых сред. В то же время, выполнение данного усло вия является одной из трудностей, сдерживающих обнаружение этого эффекта в твердом теле. В работе [А1] сообщается об обнаружении и исследовании эф фекта нефарадеевского поворота вектора линейной поляризации СФЭ в тонкой трехслойной текстурированной пленке ZnO/Si(P)/Si(B) на экситонных состоя 22 ниях, локализованных при комнатной температуре на дефектах кристаллической решетки, входящих в наноразмерные кластеры.
Эксперимент по исследованию поляризационных свойств фемтосекунд-ного фотонного эха в трехслойной тонкой пленке ZnO/Si(P)/Si(B) проводился при фиксированных значениях временных интервалов между возбуждающими импульсами 23 =720 фс и 12 =0. Резонансная среда помещалась между двумя поляризационными призмами Глана модификации Арчара-Тейлора с воздушным зазором. В случае приложения к резонансной среде продольного однородного магнитного поля вектор линейной поляризации формируемого фотонного эха имел некоторый угол относительно направления линейной поляризации возбуждающего лазерного излучения. Первая призма Глана имела фиксированное положение и формировала направление вектора линейной поляризации возбуждающего лазерного излучения. Вторая призма Глана, установленная после резонансной среды, плавно поворачивалась в плоскости, ортогональной направлению распространения лазерного излучения. При совпадении плоскости поляризации второй призмы Глана с плоскостью линейной поляризации эхо-сигнала регистрировалась максимальное значение его интенсивности. При отсутствии магнитного поля плоскость линейной поляризации регистрируемого эхо-сигнала совпадала с плоскостью линейной поляризации возбуждающих импульсов (рисунок 1.2.). В случае приложения к резонансной среде продольного однородного магнитного поля напряженностью 0,4 Тл при временном интервале 23 =720 фс и 12 =0 регистрировался поворот вектора линейной поляризации фемтосекундного стимулированного фотонного эха на угол 29 градуса. При увеличении значения временного интервала между вторым и третьим возбуждающими импульсами до 540 фс угол поворота вектора поляризации изменялся до 24 градусов. При 900 фс угол поворота составил 19 градусов. Меньшее значение угла поворота при большем интервале 23 , равном 900 фс, объясняется наблюдением эффекта в разных периодах вращения вектора линейной поляризации фотонного эха.
Особенности возбуждения сигналов фотонного эха на суперпозиционных экситонных состояниях в квантово-размерных дефектах тонких текстурированных пленок
Высокое содержание дефектов в тонких текстурированных тонких пленках предопределило выбор данных объектов, т.к. в данных структурах возможно образование дефектов, объединенных в наноразмерные кластеры, на которых возможна локализация энергетических квазичастиц – экситонов. На данных квазичастицах возможно возбуждение сигналов ФЭ, с помощью которого возможна регистрации времени необратимой и поперечной релаксации Т1 и Т2. В условиях монокристаллической структуры возможна регистрация только свободных экситонов, обладающих ограниченными временами жизни из-за эк-ситон-фононного и экситон-экситонного взаимодействия. В работе [148] было показано, что даже в условиях комнатной температуры и влияния наноструктур свободные экситоны существуют в пределах времен 20 фс. Наличие дефектов в структуре полупроводника приводит к образованию дополнительных разрешенных уровней энергии в запрещенной зоне. Они могут быть как донор-ными, акцепторными или глубоко лежащими уровнями. В условиях наличия дефектных уровней рекомбинация экситонов через дефекты становится определяющим механизмом. Таким образом, при локализации свободных эксито-нов на поверхностных дефектах кристаллической решетки образуются связанные экситоны, объединенные в наноразмерных кластерах, обладающие специфическими оптическими свойствами, заключающимися в увеличение времени жизни нестационарного возбужденного состояния. Исследование таких объектов, в том числе при комнатной температуре, являются актуальной задачей современного материаловедения.
Изучаемые в данной работе объекты, однослойные пленки ZnO, Si(P), Si(B) и трехслойные пленки на их основе должны удовлетворять условиям формирования в них сигналов ФЭ, описанных ранее в Главе 1. Резонансный переход, на котором происходит создание когерентного состояния, возникает на суперпозиционных экситонных состояниях, локализованных на дефектах кристаллической решетки, объединенных в наноразмер-ные кластеры, тонкой текстурированной пленки. Определяющую роль в обеспечения новых оптических свойств текстурированных пленок играют дефекты несоответствия на границе формирования зерен. Все эти дефекты имеют различные ширины запрещенных зон с энергетической структурой, отличающейся от среды, в которую они внедрены. Энергетические уровни дефектов лежат ниже зоны проводимости или выше валентной зоны полупроводниковых пленок, т.е. играют роль доноров или акцепторов, соответственно. Обычно в тонких полупроводниковых пленках оксида цинка широкий пик излучения в ультрафиолетовой области приходится на 3,35 эВ, и он обязан экситонам, локализованным на дефектах [149]. Данные выводы подтверждаются авторами работы [150], в которой наблюдаемый широкий пик свечения люминесценции пленок ZnO, сформированных методом магнетронного распыления, обязанные наличию экситонов, локализованных на поверхностных дефектах. В нашем случае, отсутствие пика излучения в области свободных экситонов связано с быстрой их релаксацией с отбором энергии и связано с их локализацией на поверхностных дефектах кристаллической решетки текстурированной пленки. Роль дефектов на которых происходит локализация возбуждаемых экситонов выполняют нейтральные доноры (Do X ), объединенных в наноразмерные кластеры. В качестве таких доноров в оксиде цинка могут выступать межузельные атомы цинка ( Znix ) и вакансии кислорода ( o ) [75]. Свободные экситонные состояния возбуждались как в однофотонном режиме при подаче на среду лазерного излучения, с энергией совпадающей с энергией перехода между валентной зоной и уровнем дефекта, так и в двухфотонном режиме возбуждения квантового уровня дефекта путем поглощения двух квантов света с энергией вдвое меньшей, чем возбуждаемый уровень. Именно в тонкой текстурированной пленке оксида цинка возбуждение экситонных состояний вблизи зоны проводимости может происходить в режиме двухфотонного возбуждения. Возбуждение тонких текстурированных пленок возможно на длине волны 800 нм в однофотонном режиме путем создания электронно-дырочных пар в образцах пленок кремния, легированного фосфором и бором, имеющим запрещенную зону 1,1 эВ.
В тонких текстурированных пленках, полученных методом магнетронного распыления (оксида цинка и др.) выполняется обязательное условие формирования ФЭ – наличие неоднородной ширины спектра резонансного перехода. Благодаря сложному профилю углубления поверхностных дефектов, энергетический спектр локализованных на них экситонов имел однородное уширение и значение, отличающееся от спектра свободных экситонов, причем уровни таких локализованных экситонов находились в запрещенной зоне. Однородное уширение резонансной спектральной линии обеспечивалось за счет экситон-фононных и экситон-экситонных взаимодействий внутри наноразмерной структуры с внутренними связями между дефектами, характерными для микрокластера. Неоднородное ее уширение обеспечивалось за счет разброса размеров этих наноразмерных структур и конфигурации в них внутренних связей между дефектами. Таким образом, было выполнено одно из условий формирования фотонного эха, наличие неоднородного уширения спектра резонансного перехода. Косвенно этот утверждение находит подтверждение в работе [83], где показана роль LO-фононов в процессах рассеяния на значительном количестве примесей, обеспечивающих неоднородное уширение спектров комбинационного рассеяния на собственных поверхностных дефектах ZnO. Многофон-ное рассеяние указывает на то, что основным механизмом релаксации горячих экситонов, возбуждаемых в резонансном рассеянии, является фрелиховское взаимодействие с LO-фононами. Именно этот быстрый механизм релаксации приводит к отсутствию люминесценции в области свободных экситонов. Наличие полуширин фононных линий также подтверждает высокий уровень структурных дефектов в слоях ZnO, а выраженная асимметричность проявляется благодаря размерным эффектам. Данные рентгено-дифракционного анализа подтвердили данное явление [А5], т.к. слои ZnO имеют совершенную структуру по 002. В свою очередь, высокая концентрация собственных дефектов и примесных центров является одним из основных условий для возникновения поверхностных экситонов. Таким образом, сильно дефектная структура на границе кристаллической и аморфной фазы должна содержать локализованные на этих дефектах экситоны. Еще одним фактором неоднородного уширения энергетического спектра экситонов, локализованных на дефектных структурах, является сложный профиль углубления поверхностных дефектов
Локализация волновой функции экситонов приводит к выполнению важного условия формирования ФЭ, увеличение рекомбинационного времени жизни возбужденных носителей, превышающем время воздействия возбуждающего лазерного излучения. В работе [83] подтверждается, что в условиях дефектных структур влияние температурных колебаний решетки сокращается в несколько раз из-за сильной локализации волновой функции. Это позволяет использовать импульсы фемтосекундной длительности для возбуждения экси-тонного состояния и измерения с помощью ФЭ времени необратимой поперечной релаксации Т2 и времени необратимой продольной релаксации Т1.
Другим условием увеличенного времени сохранения суперпозиционного экситонного состояния является малая концентрация возбуждаемых носителей из-за малой интенсивности экситон-экситонного взаимодействия. Наличие эк-ситонного газа в текстурированных тонких пленках подтверждается результатами работы [А3], в которой показано, что в таких пленках возможно наблюдение эффекта нефарадеевского поворота вектора линейной поляризации СФЭ. Впервые этот эффект для ПФЭ теоретически предсказан в работе [54], экспериментально обнаружена в атомарном газе авторами работы [56], в молекулярном газе – авторами работы [57]. Теоретическое предсказание этого эффекта для СФЭ предсказано авторами работы [55]. Впервые эффект нефарадеевского поворота вектора линейной поляризации СФЭ экспериментально обнаружен авторами работы [55]. В работе [57] обоснованы причины, по которым этот эффект возможен только в газе и не может иметь место в твердом теле. Таким образом, экспериментальное обнаружение этого эффекта в тонкой текстуриро-ванной пленке ZnO/Si(P)/Si(B), включающей три слоя толщиной по 100 нм, подтвердило газовую природу возбуждаемой резонансной среды, т.е. наличие резонансного возбуждения экситонного газа, когда сигналы ФЭ формировались на суперпозиционных экситонных состояниях, локализованных на поверхностных нейтральных донорных дефектах кристаллической решетки, возбуждаемой в тонкой трехслойной пленке.
Методика измерения времени необратимой поперечной релакса ции Т2 в тонких текстурированных пленках
Данная глава посвящена экспериментальному обнаружению эффекта увеличения времени необратимой поперечной релаксации Т2 измеряемого с помощью ПФЭ при уменьшении толщины исследуемой пленки. Увеличение времени Т2 связана с уменьшением плотности возбужденных экситонных состояний, локализованных в области наноразмерных кластеров, состоящих из дефектов кристаллической решетки. Данный эффект подтверждается экспериментальным исследованием, в котором увеличение угла между волновыми векторами возбуждающих импульсов падающих на текстурированную пленку приводило к увеличению отражения от этой пленки, что в итоге приводило к уменьшению интенсивности возбуждающих импульсов и к увеличению регистрируемого времени Т2.
Также в этой главе сообщается о первом эксперименте по обнаружению сигналов СФЭ в тонкой текстурированной пленке кремния, легированного бором или фосфором, при формировании эхо-сигнала в режиме однофотонного возбуждения.
В главе изложен наблюдаемый эффект увеличения времени необратимой продольной релаксации Т1 в трехслойной полупроводниковой пленке ZnO/Si(P)/Si(B) по сравнению со значениями этой величины для отдельных пленок толщиной по 100 нм, входящих в трехслойную пленку. Данный эффект связан с действием внутреннего поля гетероперехода на возбуждаемые свободные экситоны. Энергии поля достаточно, чтобы привести к разрыву куло-новского притяжения электрона и дырки. Это снижает количество локализованных экситонов и приводит к большему времени затухания из-за уменьшения интенсивности их столкновений. 4.1. Обнаружение эффекта увеличения времени релаксации в тонкой текстурированной пленке при уменьшении ее толщины
В данном параграфе сообщаются результаты экспериментов по регистрации увеличения времени необратимой поперечной релаксации Т2 при уменьшении толщины текстурированной пленки, содержащей наноразмерные кластеры, образованные дефектами кристаллической решетки. Данной работе предшествовали результаты исследования квантово-размерных объектов [154], заключающиеся в исследования зависимости характеристик квантово-размерных объектов от их геометрических размеров, показавших роль различных механизмов квантования энергии [155], уменьшения количества носителей [156], влияния поверхностных явлений [157]. Поскольку параметры и условия формирования ФЭ обладают высокой чувствительностью к составу резонансной среды и влиянию на нее внешних воздействий, то разработка методов исследования свойств квантово-размерных объектов в зависимости от его размеров с помощью ФЭ обладает хорошей перспективой.
При получении пленок методом магнетронного распыления, как показано в работе [147], образуются как рентгеноаморфные, так и поликристаллические (поликластерные) системы (с различной степенью текстурированности) из-за формирования их в условиях потери морфологической устойчивости плоских поверхностей (гранных форм роста) [158]. Поскольку пространство между кристаллитами заполнено рентгеноаморфной фазой, то на границе раздела этих двух фаз в плёнках ZnO существует возможность достижения высоких концентраций собственных дефектов: кислородных вакансий и междо-узельных атомов цинка, формирующий потенциальный барьер. Объединение таких дефектов в наноразмерные кластеры приводит к тому что они могут являться центрами локализации элементарных возбуждений. В условиях локализации группы экситонов, в ограниченном пространстве будет сильно выражаться влияние взаимодействия между ними, приводящим к более быстрой дефазировки и релаксации населенности. Данный вид релаксации увеличивается прямо пропорционально количеству участвующих во взаимодействии частиц. В случае текстурированных пленок, толщина последних влияет на степень разориентации кристаллических зерен [159]. В этом случае количество дефектных состояний в тонкой пленке будет больше чем для более толстой пленки на один и тот же объем. Авторами работы [160] даны исследования по многоэкситонной локализации на дефектных состояниях. В таких условиях количество локализовавшихся экситонов приводит к их более частому взаимодействию друг с другом и рекомбинационным процессам, что подтверждается работой [161]. Так в условиях возбуждения среды с большим количеством дефектов плотность локализовавшихся экситонов будет меньше, чем в условиях с меньшим количеством дефектов. Это приведет к уменьшению процессов экси-тон-экситонного взаимодействия. Уменьшение упругого экситон-экситонного взаимодействия внутри каждого такого наноразмерного кластера приводит к увеличению времени релаксации ТУ
Для проведения эксперимента подтверждающую данную гипотезу были выбраны текстурированные тонкие пленки ZnO толщиной 600 и 800 нм. Возбуждение и регистрация сигналов ПФЭ производилась по методике описанной в главе 3.
Возбуждение сигналов ФЭ в пленках оксида цинка происходило в режиме двухфотонного поглощения экситонного перехода возбуждающего излучения с шириной длины волны 780-840 нм, Сигнал ФЭ регистрировался на длинах волн от 800 до 820 нм. Регистрация эхо-сигнала на длинах волн, значительно превышающих длину волны излучения резонансного квантового перехода, объясняется в рамках процесса каскадной релаксации горячих экситонов, включающего в себя следующие шаги [162]: первый - двухфотонное поглощение падающих фотонов (Па{) с возбуждением экситона; второй - релаксация этого экситона на уровень энергии наноразмерной кластерной дефектной структуры с эмиссией оптических LO фононов [163] через каскадный процесс; третий - излучательная рекомбинация экситона с испусканием рассеянного фотона (4.1). Псо8=Пщ-пПсоьо (4.1)
Отметим, что величина экситон-фононного взаимодействия пропорциональна величине т] - т\, где те и mh массы электронов и дырок вблизи дна зоны проводимости и вершины валентной зоны. Именно в ZnO эта величина существенно отличается (например, для Г7 зоны проводимости и Г7 валентной зоны), что делает предложенный механизм весьма эффективным. Аналогичные режимы испускания фотонов с меньшей энергией по отношению к энергии возбуждения резонансного экситонного перехода на пленках оксида цинка в режиме комбинационного рассеяния света реализованы автором работы [164]. В качестве регистрируемого параметра были взяты величины необратимой поперечно релаксации Тг.
Обнаружение фемтосекундного стимулированного фотонного эха в текстурированных тонких пленках кремния, легированного бором или легированного фосфором
Зависимость средней мощности сигналов ЧВС и СФЭ при увеличении временного интервала Т 23 между возбуждающими импульсами при постоянном значении временного интервала 12 для пленки кремния, легированного бором толщиной 100 нм. Здесь: участок АБ- регистрация сигнала ЧВС; участок БВ-регистрация сигналов ЧВС+СФЭ; участок ВГ-регистрация сигнала
СФЭ. Возбуждение сигналов СФЭ в тонких пленках кремния, легированного бором или фосфором происходит при однофотонном возбуждении ввиду неширокой запрещенной зоны кремния ( 1,1 эВ) и длины волны возбуждающих импульсов 780-820 нм. Данный механизм поглощения позволял возбудить эк-ситонные комплексы вблизи края зоны проводимости, а наличие сильно-дефектной структуры приводил к дальнейшей локализации волновой функции экситона вблизи объема дефекта, что обеспечивало снижение экситон-экситонного и экситон-электронного взаимодействия. Данный механизм позволил увеличить рекомбинационное время жизни экситонных комплексов до пикосекунды, подтверждающееся авторами работы [83]. Виду наличия в полу проводнике Si только непрямых переходов, рекомбинация заряженных носителей возможна только с участием дополнительных частиц (фононов). Такой вид перехода дополнительно увеличивает относительное время жизни экситонных комплексов.
Полученные микрозондовые фотографии поверхности двух видов пленок кремния, легированного бором (рисунок 4.6), и кремния, легированного фосфором (рисунок 4.7), показали, что разброс размеров кристаллитов лежал в пределах 20-100 нм для кремния, легированного бором, и в пределах 10-20 нм для кремния, легированного фосфором. Высокие выступы на пленке (рисунок 4.6) являются дефектами технологии получения пленок, не учитываемыми в данных исследованиях. Значения времени необратимой продольной релаксации Т1 для этих пленок оказались, равным 670±120 и 280±50 фс, соответственно. Это подтверждает ранее установленные факты увеличения времени необратимой продольной релаксации релаксации Т1 в наименьших квантово-размерных объектах [154], в нашем случае в пленке с меньшей толщиной представлены дефекты с меньшими геометрическими размерами. То есть в квантовых наноразмерных объектах играют большую роль их геометрические размеры, из-за которых существенно изменяется время их дефазировки, и последнее увеличивается с уменьшением размера объектов.
В данной главе показан эффект увеличения времени необратимой продольной релаксации Ті трехслойной пленки ZnO/Si(P)/Si(B) по сравнению со значениями этой величины для отдельных пленок толщиной по 100 нм, входящих в трехслойную пленку. На рисунке 4.8 показаны зависимости интенсивности сигналов ЧВС и СФЭ от времени 23 при остающимся неизменным интервалом "12 =0, регистрируемых в направлении СФЭ для ряда пленок: трехслойная пленка ZnO/Si(P)/Si(B), пленка ZnO, пленка Si(P), пленка Si(B). Данные зависимости позволили получить время необратимой продольной релаксации Ті для этих пленок. Из рисунка 4.8 следует, что из-за диффузии носителей на границе полупроводникового перехода, образованного различными полупроводниковыми пленками, происходит значительное увеличение времени необратимой продольной релаксации Тh Для отдельных пленок толщиной 100 нм оно составило: для ZnO - 4300±690 фс; для Si(P) - 670±120 фс; для Si(B) 109
280±50 фс. Наибольшее время затухания решетки населенностей, формирующейся на экситонах, наблюдается в трехслойной пленке ZnO/Si(P)/Si(B), этом подтверждается временем необратимой продольной релаксации Т1, составившим 13000±1900 фс. Данный эффект, в большей степени, обязан встречной диффузии зарядов на полупроводниковом p-n переходе. Под действием внутреннего поля гетероперехода большая часть возбуждаемых экситонов претерпевает действие, приводящее к разрыву кулоновского притяжения электрона и дырки. Что снижает количество локализованных экситонов и приводит к большему времени затухания из-за уменьшения интенсивности их столкновений.
Механизм рекомбинации носителей на границе p-n перехода подтверждаются работами [144]. Зависимости средней мощности сигналов ЧВС и СФЭ от времени между возбуждающими импульсами 2"23 для различных полупроводниковых пленок: а) 3-хслойная пленка ZnO/Si(P)/Si(B); б) пленка ZnO; в) пленка Si(P); г) пленка Si(B). Здесь: участок АБ- регистрация сигнала ЧВС; участок БВ-регистрация сигналов ЧВС+СФЭ; участок ВГ-регистрация сигнала СФЭ.
Таким образом, уменьшение количества локализованных экситонов приводит к большему времени затухания из-за уменьшения интенсивности их столкновений.
Впервые показано, что при уменьшении толщины тонкой полупроводниковой текстурированной пленки ZnO из-за уменьшения плотности квантово-размерных объектов в виде экситонов, локализованных на дефектах этой пленки, приводит к уменьшению плотности экситонного газа на дефектах, и имеет место увеличение времени необратимой поперечной релаксации Т резонанс ного экситонного квантового перехода с 130±30 фс для пленки толщиной 800 нм до 320±60 фс для пленки толщиной 600 нм.
Впервые экспериментально обнаруженные фемтосекундные сигналы СФЭ, возбуждаемого в однофотонном режиме, в тонких текстурированных пленках Si(B) и Si(P) толщиной по 100 нм позволили установить время необратимой продольной релаксации Т1 резонансного экситонного квантового перехода этих пленок, равное 670±120 фс и 280±50 фс, соответственно.
Впервые экспериментально обнаруженные фемтосекундные сигналы СФЭ в тонкой трехслойной пленке ZnO/Si(P)/Si(B) с толщиной каждого слоя в 100 нм позволили установить факт увеличения значения времени необратимой продольной релаксации Т1 экситонного состояния пленки ZnO в составе n-p-n структуры до 13000±1900 фс по сравнению со значением этого времени релаксации пленки ZnO толщиной в 100 нм, равным 4300±690 фс.
Основные научные результаты исследований, описываемых в данной главе, опубликованы в работах [A5, A10, А16, А18, А19, А22, А24, А29, A31, А32, А33, А34, А35, А36, А37, А38, А39, А40, А41, А42].