Ultrarychlé procesy v polovodičových nanokrystalech

Abstract

Práce se zabývá optickými vlastnostmi nanokrystalického křemíku implantovaného do substrátu z oxidu křemičitého. Zkoumali jsme vzorky s různými koncentracemi nanokrystalů. Proměřili jsme Ramanovské spektra vzorků a určili jsme velikosti a vzájemné vzdálenosti nanokrystalů ve vzorku v závislosti na hloubce. Měřili jsme absorpci i reflektivitu vzorků a určili jsme šířku zakázaného pásu. U vzorků s různými dózami byla pozorována teplotní závislost luminiscenčných spekter. Při excitaci vlnovou délkou 408 nm byly pozorovány dvě maxima, jedno z nich se s rostoucí teplotou posouvá k vyšším vlnovým délkám, druhé zůstává neměnné. Sledovali jsme také spektrum nízkoteplotní rezonanční luminiscence, za účelem rozpoznání fononovej struktury. Při zkoumaní časově rozlišené luminiscence byly pozorovány dvě složky rychlé luminiscence - pomalejší v řádu nanosekund a rychlejší v řádu 100 ps. Soustředili jsme se na studium rychlejší složky. U rychlejší složky byla pozorována upkonvertovaná luminiscence. Její intenzitní závislost je kvadratická. Sledovali jsme také degradaci luminiscence vlivem silného laserového svazku. Závěrem jsme diskutovali původ jednotlivých složek luminiscence.

This diploma thesis deals with optical properties of silicon nanocrystals implanted in silicon oxide substrate. We examined samples with various concentrations of nanocrystals. We measured Raman spectra of our samples and identified size of nanocrystals and distance between them as function of depth. We measured absorption and reflection of samples and calculated the energy of band gap. For various implantation doses we examined temperature dependence of luminescence spectra. Two peaks were observed for excitation wavelength of 408 nm, the first shifts towards longer wavelength with increasing temperature, the second one stays unchanging. We observed low-temperature resonant luminescence in order to identify fonon structure. During observation of time-resolved luminescence two components of fast luminescence appeared - the slower in scale of nanoseconds, the faster in scale of picoseconds. We devoted to study of the faster component. For the faster component we observed up-converted luminescence. Intensity dependence of this component is quadratic. We also observe degradation of luminescence owing to strong laser beam. In conclusion we discussed origin of each component of luminescence spectra.