Анотація до роботи:

Оптасюк С.В. “Вплив мікроструктурних перетворень на люмінесценцію низькорозмірних ZnS, CdSe”. – рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 – фізика напівпровідників і діелектриків. – Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, 2009.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню закономірностей впливу на люмінесцентні характеристики мікроструктурних перетворень, обумовлених дифузійними процесами домішок, а також процесами, що впливають на формування випромінюючих центрів і їх оточення внаслідок термічного відпалу та зовнішніх впливів у низькорозмірних ZnS, CdSe.

На основі аналізу люмінесцентних характеристик досліджено процеси дифузії Ga в порошкоподібному ZnS при низькотемпературному легуванні з урахуванням впливу зовнішніх факторів. Запропоновано робочі моделі процесів дифузії Ga в ZnS при низькотемпературному легуванні ZnS металічним галієм та дії зовнішніх факторів. Показано взаємозв’язок зміни люмінесцентних характеристик і дифузійних процесів Mn в ZnS, що протікають в матеріалі на посттехнологічному етапі. З’ясовано, що дифузія Mn в ZnS реалізується декількома каналами – швидкого і повільного протікання дифузії. Встановлено, що обробка енергетично слабкими магнітними полями (kT>>m_BgB) люмінофорів на основі ZnS:Mn призводить до перерозподілу ефективності між каналами збудження Mn²⁺ в порошкових люмінофорах ZnS:Mn. Встановлено перерозподіл інтенсивності смуг люмінесценції в квантових точках CdSe під дією електричного поля, який обумовлений перекачкою фотозбуджених носіїв заряду з квантової ями на дефектно-поверхневі стани в наночастинці CdSe.

У дисертаційній роботі вирішувалось актуальне для фізики напівпровідників і діелектриків наукове завдання, пов’язане зі встановленням закономірностей впливу на люмінесцентні характеристики мікроструктурних перетворень, обумовлених дифузійними процесами домішок, а також процесами, що впливають на формування випромінюючих центрів і їх оточення внаслідок термічного відпалу та зовнішніх впливів у низькорозмірних ZnS, CdSe. Найважливіші результати полягають у наступному:

1. Встановлено характер взаємодії елементарного галію з порошкоподібним сульфідом цинку при їх спільному відпалі з температурою відпалу (Т=800С) нижче температури фазового переходу вюрцит-сфалерит. Показано, що спільний відпал (Т=800С) порошкоподібного ZnS з металічним галієм призводить до адсорбції Ga на поверхні частинок ZnS, без проникнення його в об’єм ZnS. Запропоновано фізичну модель, що пояснює поведінку дифузанта (Ga). Згідно цієї моделі, для активації дифузії Ga в об’єм ZnS, при температурі нижчій за температуру фазового переходу, необхідні додаткові зовнішні впливи.

2. Встановлено, що пасивація в атмосфері, що містить кисень, порошкоподібного ZnS, відпаленого при Т=800С спільно з Ga, призводить до активації дифузії адсорбованого Ga на поверхні ZnS в його об’єм. Показано можливість підвищення ефективності дифузії Ga в порошкоподібному ZnS при температурі 800С шляхом фотостимулювання дифузії випромінюванням с l_max=632 нм. Встановлено, що попереднє ущільнення порошку ZnS перед його спільним відпалом з Ga, сприяє підвищенню ефективності процесів дифузії Ga. Запропоновано моделі, що пояснюють механізми активації дифузії, внаслідок пасивації поверхні ZnS, фотостимуляції та попереднього ущільнення порошкоподібного ZnS.

3. Показано, що дифузійні процеси, які протікають на посттехнологічному етапі, після низькотемпературного легування порошкоподібного ZnS домішкою Mn характеризуються на першому етапі (0-24 години) домінуванням домішки Mn, яка зосереджена в фазі a-MnS, що не розчинилась в ZnS, а також Mn_Zn – в місцях сильного викривлення і порушення гратки, що обумовлено близькістю поверхні ZnS. На другому етапі (24-72 години) – домінуванням Mn локалізованого в октаедричних міжвузлях і Mn_Zn локалізованого в місцях сильного порушення гратки ZnS. На третьому етапі (72 години і більше) – положенням Mn поблизу дислокацій або точкових дефектів, а також в октаедричних міжвузлях. Встановлено, що по проходженні 6x10³ годин, після низькотемпературного легування, відбувається практично повне розчинення фази a-MnS в об’ємі ZnS.

4. Показано взаємозв’язок зміни люмінесцентних характеристик і дифузійних процесів Mn в ZnS, що протікають в матеріалі на посттехнологічному етапі. З’ясовано, що дифузія Mn в ZnS на посттехнологічному етапі протікає декількома каналами – каналами швидкого і повільного протікання дифузії. Дифузія Mn, що протікає швидко, здійснюється по внутрішніх границях, а повільна дифузія обумовлена міграцією Mn по міжвузловому просторі матриці і вбудовуванням Mn у вузли цинкової підгратки. А також внаслідок міграції Mn в областях сильного розупорядкування і порушення гратки ZnS.

5. В субмікронних порошках ZnS за допомогою низькотемпературного легування отримано новий парамагнітний центр – поверхневий Mn²⁺. Визначено параметри центру g = 2.001, A = 9.5 mТ, D = 8 mТ.

6. Встановлено, що обробка енергетично слабкими магнітними полями (kT>>m_BgB) люмінофорів на основі ZnS:Mn призводить до зміни ефективності каналів збудження Mn²⁺ в порошкових люмінофорах ZnS:Mn. Дані зміни люмінесцентних властивостей Mn²⁺ обумовлені зміною в дефектній структурі його ближнього оточення і центрів сенсибілізації.

7. Встановлено, що під дією електричного поля в наночастинці CdSe відбувається перерозподіл носіїв заряду між рекомбінаційними каналами, які відповідають екситоним і дефектно-поверхневим смугам ФЛ. Встановлено, що під дією електричного поля E>1.810⁶ В/м відбувається різке гасіння люмінесценції, що обумовлено виходом носіїв під дією поля за межі області рекомбінації.

Публікації автора:

1. Бачериков Ю.Ю. Некоторые особенности диффузии Ga в порошках ZnS / Ю.Ю. Бачериков, И.П. Ворона, С.В. Оптасюк, В.Е. Родионов, А.А. Стадник // ФТП. – 2004. – Т. 38, № 9. – С. 1025-1029.

2. Bacherikov Yu.Yu. Photostimulated Ga diffusion in ZnS sulfide / Yu.Yu. Bacherikov, S.V. Optasyuk, V.E. Rodionov, A.A. Stadnyk // Functional materials. – 2004. – Vol. 11, № 2. – P. 347-349.

3. Бачериков Ю.Ю. Электро- и фотолюминесценция люминофоров на основе легированного сульфида цинка с одинаковой спектральной плотностью излучения в диапазоне от ~500 и до ~750 нм / Ю.Ю. Бачериков, Н.В. Кицюк, С.В. Оптасюк, В.Е. Родионов, А.А. Стадник, Е.Г. Реутова // ЖПС. – 2005. – Вып.1. – С. 90-93.

4. Бачериков Ю.Ю. Влияние уплотнения на люминесцентные свойства порошков ZnS:Ga / Ю.Ю. Бачериков, Н.В. Кицюк, С.В. Оптасюк, А.А. Стадник // ФТП. – 2005. – Т. 39, № 3. – С. 316-319.

5. Бачеріков Ю.Ю. Особливості дифузії марганцю в порошках ZnS / Ю.Ю. Бачеріков, О.М. Міщук, С.В. Оптасюк, І.М. Дмитрук, І.П. Пундик // УФЖ. – 2005. – Т. 50, № 11. – С. 1268-1272.

6. Ворона І.П. Електронний парамагнітний резонанс поверхневого марганцю в субмікронних порошках ZnS / І.П. Ворона, Ю.Ю. Бачеріков, С.С. Іщенко, С.В. Оптасюк // УФЖ. – 2005. – Т. 50, № 4. – С. 386-389.

7. Бачериков Ю.Ю. Люминесценция нанопорошков термолегированного диоксида циркония / Ю.Ю. Бачериков, С.В. Оптасюк, Т.Е. Константинова, И.А. Даниленко // ЖТФ. – 2007. – Т. 77, № 6. – С. 70-73.

8. Бачеріков Ю.Ю. Фотолюмінесценція наночастинок CdSe в електричному полі / Ю.Ю. Бачеріков, М.О. Давиденко, С.В. Оптасюк, І.М. Дмитрук // УФЖ. – 2007. – Т. 52, № 12. – С. 1190-1194.

9. Пат. № 67988А Україна, МПК H05B33/12, G01N21/66, G01N27/00. Пристрій для експрес-аналізу / Родіонов В.Є., Бачеріков Ю.Ю., Хейленко О.Т., Оптасюк С.В., Мухльо М.О.; заявник і власник патенту Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України. -№ 2003087456; заявл. 07.08.2003; опубл. 15.12.2006, Бюл. №12.

10. Bacherikov Yu.Yu. Optical properties of the crystals ZnS doped with Ga / Yu.Yu. Bacherikov, S.V. Optasyuk, V.E. Rodionov, A.K. Savin, O.A. Stadnyk, M.V. Vuychik // Proceeding of the International symposium “Advanced display technologies”. Ukraine. – 2002. – P. 101-106.

11. Bacherikov Yu.Yu. Luminescence of ZnS with Ga caused by atmosphere free access / Yu.Yu. Bacherikov, I.P. Vorona, S.V. Optasyuk, V.Е. Rodionov, A.A. Stadnyk // XVI International Sсhool-Seminar “Spectroscopy of molecules and crystals”. – Sevastopol (Ukraine). – 2003. – Р. 105.

12. Бачериков Ю.Ю. Зависимости люкс-яркостной и люкс-фарадной характеристик для люминофора ZnS:Cu / Ю.Ю. Бачериков, С.В. Оптасюк, М.А. Мухльо // Труды межд. научн.-практ. конф. «Информационные и электронные технологии в дистанционном зондировании». – Баку (Азербайджан), 2004. – С. 285-288.

13. Andraca J.A. Phase transformation in ZnS thin films phosphors / J.A. Andraca, V.S. Khomchenko, V.B. Khachatryuan, S.V. Optasyuk // The fourteenth international conference on crystal growth in conjunction with the twelfth international conference on vapor growth and epitaxy. – France, 2004. – P. 635.

14. Бачериков Ю.Ю. Белое излучение термолегированного диоксида циркония / Ю.Ю. Бачериков, С.В. Оптасюк, Т.Е. Константинова, И.А. Даниленко // Труды межд. научн.-практ. конф. «Микроэлектронные преобразователи и приборы на их основе». – Баку-Сумганит (Азербайджан). – 2005. – С. 296-299.

15. Khomchenko V.S. Optical and structural studies of ZnO-Ag films be oxidized ZnS films grown by MOCVD / V.S. Khomchenko, V.E. Rodionov, A.K. Savin, L.V. Zavyalova, N.N. Roschina, V.B. Khachatryan, O.A. Lytvyn, S.V. Optasyuk // The conference proceeding of the europtan workshop on MOVPE. Lausanne, 2005. – P. 253-255.

16. Бачериков Ю.Ю. Влияние импульсных магнитных полей на свойства сульфида цинка легированного CuCl и MnS и In / Ю.Ю. Бачериков, Н.В. Кицюк, С.В. Оптасюк, Т.Е. Константинова, А.С. Дорошкевич // Матер. міжн. наук.-практ. конф. «Структурна релаксація у твердих тілах». – Вінниця (Україна). – 2006. – С. 243-245.

17. Bacherikov Yu.Yu. Influence of electric field on photoluminescence of CdSe nanoparticles / Yu.Yu. Bacherikov, M.O. Davydenko, I.M. Dmitruk, S.V. Optasyuk // Межд. конф. «Мезоскопические явления в твердых телах». – Донецк (Украина), 2007. – С. 46.

18. Bacherikov Yu.Yu. Influence of electric field on charge carriers in CdSe nanoparticles. / Yu.Yu. Bacherikov, M.O. Davydenko, S.V. Optasyuk, I.M. Dmitruk // III Українська наукова конференція з фізики напівпровідників. Одеса (Україна), 2007. – С. 219.

19. Бачериков Ю.Ю. Фотолюминесценция наночастиц CdSe в пористом GaP / Ю.Ю. Бачериков, О.Б. Охрименко, С.В. Оптасюк, В.В. Кидалов, Ю.И. Яценко // Харьковская нанотехнологическая ассамблея – Харьков (Украина). – 2008. – С.113-116.