Proprietățile optice și fotoelectrice ale nanocompozitelor din sulfură de galiu/seleniură de galiu-oxid propriu [Rezumat]

Abstract

Scopul lucrării și obectivele cercetării: Lucrarea dată are drept scop elaborarea procedeelor tehnologice de obținere a materialelor nanostructurate și a structurilor compozite cu proprietăți optice și fotoluminescente relevante, pe baza semiconductorilor cu DSO din grupa A2IIIB3VI și a semiconductorilor lamelari din monosulfură și monoseleniură de galiu, nedopați și dopați/intercalați cu Zn și Eu și evidențierea perspectivelor de utilizare ale acestora în dispozitive opto- și fotoelectrice, pentru intervalul deomeniului spectral UV. Sinteza compusului β-Ga2O3 nanostructurat, a structurilor (β-Ga2O3)-semiconductor lamelar (GaS, GaSe) și β-Ga2O3- semiconductor cu defecte structurate proprii (Ga2S3 și Ga2Se3), neintercalate și intercalate cu Zn, Ga. Studierea proprietăților structurale, optice și fotoelectrice a acestor compuși și structuri. Determinarea mecanismelor de generare și de recombinare a purtătorilor de sarcină de neechilibru în semiconductori oxidici, în compozite și structuri cu semiconductori nanostructurați, pe baza sulfurii/seleniurii de galiu neintercalați și intercalați cu Ga și Zn. Evaluarea rolului intercalanțiilor Zn și Ga și a ionilor de Eu3+ în formarea spectrelor de emisie luminiscentă a compusului micro- și nanostructurat β-Ga2O3 și a structurilor β-Ga2O3 pe substrat din compușii GaS, GaSe, Ga2S3 și Ga2Se3, neintercalați și intercalați cu Ga și Zn. Noutatea și originalitatea științifică: Au fost elaborate tehnologii de obținere a compozitelor din micro și nanocristalite din semiconductori din clasa materialelor A2IIIB3VI (Ga2S3 și Ga2Se3) micro- și nanostructurate, din sulfură și seleniură de Zn prin tratat termic în vapori de Zn a monocristalelor GaS, GaSe, Ga2S3 și Ga2Se3. S-a demonstrat că prin tratament termic dirijat în vapori de Zn, se obțin straturi semiconductoare compozite ZnS/Ga2S3 , ZnSe/Ga2Se3, ZnS/GaS și ZnSe/GaSe, din care prin TT în aer se obțin micro și nanocompozite din β-Ga2O3 și ZnO. S-a stabilit corelația dintre tipul nanoformațiunilor de β-Ga2O3 și structura cristalină a semiconductorului supus tratamentului termic în aer. S-a demonstrat că prin TT în aer a monocristalelor de GaSe dopate cu Eu se formează un material compozit din nanoformațiuni de β-Ga2O3:Eu3+ FL în regiunea verde-roșu.

Purpose of the work and tasks of the study: This work is aimed at developing technological processes for the preparation of nanostructured materials and composite structures with appropriate optical and photoluminescent properties based on semiconductors with DSO of the A2IIIB3VI group and lamellar semiconductors of gallium monosulfide and gallium monoselenide undoped and doped/intercalated with Zn and Eu and considering the prospects for their use in opto-and photovoltaic devices for ultraviolet and visible range. Synthesis of nanostructured compound β-Ga2O3, compounds (β-Ga2O3)-lamellar semiconductor (GaS, GaSe) and β-Ga2O3- semiconductor with intrinsic structural defects Ga2S3 and Ga2Se3 not intercalated and intercalated with Zn, Ga, and study of their photoelectric and optical properties. Determination of the mechanisms of generation and recombination of nonequilibrium charge carriers in oxide semiconductors, in composites and structures with nanostructured semiconductors based on gallium sulfide/selenide, not intercalated and intercalated with Ga and Zn. Evaluation of the role of intercalations of Zn, Ga, and Eu3+ ions in the formation of emission luminescence spectra of micro-and nanostructured β-Ga2O3 compounds and β-Ga2O3 structures on the GaS, GaSe, Ga2S3, and Ga2Se3 substrate, not intercalated and intercalated with Ga and Zn. Scientific novelty and originality: The technologies for obtaining the micro- and nanocrystalline composites from semiconductor materials of the A2IIIB3IV (Ga2S3 and Ga2Se3) group micro-and nanostructured from sulfide and selenide of zinс, by the method of thermal treatment (TT) in Zn vapors of single crystals of GaS, GaSe, Ga2S3, and Ga2Se3, were developed. It was shown that the controlled TT process in Zn vapors produces semiconductor composite layers ZnS/Ga2S3 , ZnSe/Ga2Se3, GaS/ZnS, and ZnSe/GaSe, from which micro-and nanocomposites β-Ga2O3 and ZnO are obtained by TT in air. The correlation between the type of β-Ga2O3 nanoformations and the crystal structure of a semiconductor subjected to thermal treatment in air was established. It was shown that, upon TT in air, single crystals of GaSe doped with Eu, formed a composite material of nanoformations β-Ga2O3:Eu3 with fluorescence in the green-red spectral region. The solved scientific problem: Using TT in Zn vapor of GaS, GaSe, Ga2S3 single crystals, and Ga2Se3 polycrystals, the composites of micro-and nanocrystallites of these materials with ZnS and ZnSe, the nanoformation of β-Ga2O3 and ZnO composites, with improved physical properties and expansion of the range of functional applications of these materials in optoelectronic devices, were obtained.

Цель работы и задачи исследования: Данная работа направлена на разработку технологических процессов получения наноструктурированных материалов и композитных структур с соответствующими оптическими и фотолюминесцентными свойствами на основе полупроводников с DSO группы A2IIIB3VI и слоистых полупроводников моносульфида и моноселенида галлия нелегированных и легированных/интеркалированных Zn и Eu и рассмотрение перспективы их использования в опто- и фотоэлектрических устройствах для ультрафиолетового и видимого диапазона. Синтез наноструктурированного соединения β-Ga2O3, соединений (β-Ga2O3)-слоистый полупроводник (GaS, GaSe) и β-Ga2O3-полупроводник с собственными структурными дефектами Ga2S3 и Ga2Se3, не интеркалированными и интеркалированными Zn, Ga, и исследование их фотоэлектрических свойств. Определение механизмов генерации и рекомбинации неравновесных носителей заряда в оксидных полупроводниках, в композитах и структурах с наноструктурированными полупроводниками на основе сульфида/селенида галлия, не интеркалированных и интеркалированных Ga и Zn. Оценка роли интеркаляций Zn и Ga и ионов Eu3+ в формировании спектров люминесценции излучения микро- и наноструктурных соединений β-Ga2O3 и структур β-Ga2O3 на подложке из GaS, GaSe, Ga2S3 и Ga2Se3, не интеркалированных и интеркалированных Ga и Zn. Научная новизна и оригинальность: Разработаны технологии получения микро- и нанокристаллических композитов из полупроводниковых материалов класса A2IIIB3IV (Ga2S3 и Ga2Se3) микро- и наноструктурированных из сульфида и селенида Zn методом термической обработки (ТО) в парах Zn монокристаллов GaS, GaSe, Ga2S3 и Ga2Se3. Показано, что при управляемом процесасе ТО в парах Zn получаются полупроводниковые композитные слои ZnS/Ga2S3 , ZnSe/Ga2Se3, GaS/ZnS и ZnSe/GaSe, из которых путем TО на воздухе получаются микро- и нанокомпозиты β-Ga2O3 și ZnO. Установлена корреляция между типом нанообразований β-Ga2O3 и кристаллической структурой полупроводника, подвергнутого термообработке на воздухе. Показано, что при ТО на воздухе монокристаллов GaSe, легированных Eu, образуется композиционный материал из нанообразований β-Ga2O3:Eu3+ с флюоресценцией в зелено-красной области спектра. Решенна научная проблема: Методом ТО в парах Zn и на воздухе монокристаллов GaS, GaSe, Ga2S3 и поликристаллов Ga2Se3 полученныы композиционные материалы из микро- и нанокристаллитов этих материалов с ZnS и ZnSe, нанообразования β-Ga2O3 и композитов ZnO с улучшенными физическими свойствами и расширением области функционального применения этих материалов в оптоэлектронных устройствах.