Циркунов д А Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки (БДУІР) вул П Бровки, 6, м Мінськ, 220013, Білорусь тел / Факс: +375 (017) 2938869, e-mail: miad@nanobsuireduby

діапазоні (рис 1) з максимумом в зеленій області (~ 500 нм) з плавним спадом в довгохвильовій області спектра

Анотація – Вивчено вплив алюмінію на фотолюмінесценцію ербія в оксиді титану в УФ, видимої та ІЧ областях спектра

Рис 1 Спектри ФЛ у видимому діапазоні структур 1 – Si / AI / ксерогель і 2 – З / УЗЮг / ксерогель (^ 036 = 302 нм, Р = 80 мВт)

Fig 1 PL spectra in visible range of 1 – Si/AI/xerogel and 2 – Si/Si02/xerogel (Aexn = 302 nm, P = 80 mW)

I                                       Введення

Інтенсивне зростання ринку пристроїв відображення інформації та розвиток оптоелекгронікі стимулюють пошук нових люмінесцентних матеріалів Серед таких матеріалів безсумнівний інтерес представляють структури, леговані лантаноїдами, які демонструють вузькі й інтенсивні смуги люмінесценції, слабко залежать від температури і зовнішнього оточення Такі властивості обумовлені екранізацією внутрішніх оптичних 4f-електронів зовнішніми s-і р-оболонками

Метою наукових досліджень в даній області є пошук базового матеріалу-носія, що підсилює люмінесцентні властивості лантаноїдів Ербій інтенсивно випромінює на довжині хвилі 1,54 мкм

– що потрапляє в «вікно прозорості» оптоволоконних систем Крім того, іонам ербія відповідають смуги люмінесценції в червоному, зеленому і синьому діапазонах видимого світла, а також і в УФ-діапазоні

Використання золь-гель-технології для формування матеріалу-носія дозволяє легко варіювати в широких межах концентрацію редкоземельного елемента і отримувати тонкі покриття не тільки на планарних підкладках, а й на структурах з сильно розвиненою поверхнею (пористий анодний оксид алюмінію, пористий кремній) [1] Відомо, що в структурі оксид алюмінію, легований ербієм, спостерігається посилення люмінесценції іонів ербія на довжині хвилі 1,54 мкм [2]

У даній роботі досліджується вплив алюмінію на люмінесценцію іонів ербія в ІК, видимій і УФ-областях

II Методика приготування зразків і проведення вимірювань

Використовувалися два типи підкладок Перший – пластина кремнію з шаром оксиду кремнію, отриманого в результаті термообробки в кисневій середовищі Другий – пластина кремнію з шаром алюмінію, нанесеним методом магнетронного напилення На всі зразки наносили золь оксиду титану з ваговим вмістом оксиду ербію 30% Нанесення кожного з 5-ти шарів золю проводили шляхом центрифугування на швидкості 2700 хв’ протягом 0,5 хв з подальшою сушкою при 200 ° С Після нанесення проводили термообробку в печі при температурі 900 ° С протягом 30 хв

Для вимірювання спектрів фотолюмінесценції (ФЛ) в якості джерела збудження використовували лазерне випромінювання потужністю 80 мВт з довжиною хвилі 302 нм Детектування випромінювання проводили при кімнатній температурі, час вимірювання в кожній точці 500 мс

III                    Результати та їх аналіз

Спектри ФЛ і першого, і другого зразків демонструють широку смугу випромінювання у видимому

У діапазоні від 500 до 600 нм на обох спектрах додатково присутні піки і провали, повязані з абсорбцією і реабсорбцией випромінювання тривалентними іонами ербію в структурі Для обох зразків характерно наявність ербіевий смуги люмінесценції в червоній області (660 нм) Відмітною ознакою для зразка на оксиді кремнію є смуга ФЛ з максимумом близько 805 нм, а для зразка на алюмінії – вузька смуга з максимумом близько 380 нм, що свідчить про розрізняються оптичних центрах

У ксерогелей оксиду титану, легованого ербієм, отриманому при таких же умовах, спостерігаються дві фази оксиду титану – анатаз і рутил [3] Згідно [4] смуга на 510 нм характерна для фази Аната-за, яка, ймовірно, переважає для даних зразків Провали відповідають смугам спектра поглинання ербія в зеленій області на 516, 535 і 545 нм, що обумовлено абсорбцією випромінювання іоном ербія на переходах ^ НЦ ^ і ‘S3 / 2 З

Лучен іонів ербія відповідають смуги з максимумами на 660 (‘Ре / г) і 805 нм (I9 / 2)

Вузький пік люмінесценції на довжині хвилі 380 нм (полушіріна 14 нм) імовірно повязаний з переходом 15/2 іона ербія, який став віз

можен через вбудовування алюмінію в матрицю Ксерокс-гелю в процесі високотемпературного відпалу зразка з подслоем алюмінію Відсутність смуги випромінювання на довжині хвилі 380 нм на структурі кремній / оксид кремнію / ксерогель, тобто без підшару алюмінію, підтверджує звязок цієї смуги з алюмінієм в матриці ксерогелей, що призводить до зміни локального оточення іона ербія

Ще одне підтвердження звязку смуги люмінесценції на 380 нм з переходом ‘Gii / 2 ^’ li5/2HOHa ербія можна отримати, порівнюючи хвильові числа переходів Фотон збудливого випромінювання з довжиною хвилі 302 нм (хвильове число-33 ,1-10 ® см’ ) У разі прямого поглинання іоном ербія падаючого випромінювання іон переходить в збуджений стан ^ Κΐ3 / 2 · У матриці ксерогелей має місце крос-релаксаційні-ве розмноження збуджених станів У разі структури з подслоем алюмінію висока ймовірність резонансної передачі енергії від порушеної до стану ^ К1з/2Іона ербія двом найближчим іонам ербія При цьому 33,1-10 ® см’ достатньо для порушення одного іона до стану ‘Сц / г (26,3-10 ® см ^) та іншого-до ΐΐ3 / 2 (6,5-10 ® см’ )

Таким чином, інтенсивність смуги люмінесценції на 1,54 мкм (перехід ‘ΐΐ3 / 2 ^’ ΐΐ5 / 2) для зразка з подслоем алюмінію за цих умов збудження повинна бути вище, так як кількість порушених до стану ‘ΐΐ3 / 2 іонів ербія в такій структурі має бути більше Результати вимірювання спектрів ФЛ в ІК-діапазоні підтверджують зроблене вище припущення (рис 2)

Рис 2 Спектри ФЛ в ІК-діапазоні структур 1 – Si / AI / ксерогель і 2 – Si/Si02/Kcepoaenb (Явозб = 302 нм, Р = 80 мВт)

Fig 2 IR PL spectra of 1 – Si/AI/xerogel and 2 – Si/Si02/xerogel (λβχη = 302 nm, P = 80 mW)

IV                                  Висновок

Вплив алюмінію на люмінесценцію ербія в матриці оксиду титану проявляється в УФ-області і призводить до появи вузького та інтенсивного піку на довжині хвилі 380 нм, а також до посилення люмінесценції на 1,54 мкм

Автор висловлює подяку А Подгородец-кому (Вроцлав, Польща) за допомогу при вимірюванні спектрів, а також Н В Гапоненко і В В Кузнєцової (Мінськ, Білорусь) за стимулюючі дискусії

Робота виконується за фінансової підтримки гранту INTAS 03-51-6486

V                           Список літератури

[1] Гапоненко Н В Плівки, сформовані золь-гель методом на напівпровідниках і в мезопористих матрицях Мн: Беларуская навука, 2003 136 с

[2] Chryssou С Є, Kenyon А J, Smeeton Т М et al Broadband sensitization of 153 μηι luminescence in erbium-implanted alumina / / Appl Phys Lett 2004 Vol 85, N 22

P 5200-5202

[3]  TsyrkunovD A, Molchan I S, MIslewlczJ etal Strong green erbium-related luminescence from a xerogel-porous anodic alumina structure // Physics, Chemistry and Application of Nanostructures, ed by Borisenko V E, Gaponenko S V, Gurin V S World Scientific Singapore 2005 P 178-182

[4]  Montoncello F, Carotta M C, CavlcchIB etal Near-infrared photoluminescence in titania: Evidence for phonon-replica effect // J Appl Phys 2003 Vol 94, N 3 P 1501-1505

INFLUENCE OF ALUMINIUM ON PHOTOLUMINESCENCE OF ERBIUM-DOPED TITANIA XEROGEL

Tsyrkunov D A

Belarusian State University of Informatics and Radloelectronlcs (BSUIR)

6                 P Brovka Str, Minsk, 220013, Belarus Ph/fax: +375(017) 2938869, e-mail: mlad@nano bsulr eduby

Abstract – Influence of aluminium upon UV, visible and IR photoluminescence under 302 nm excitation wavelength of er- bium-doped titania xerogel is investigated

I                                        Introduction

Intensive growing of display market stimulates development of new luminescent materials The structures comprising lanthanides are of great interest due to narrow spectral bands and independence of their intensity and bands position on temperature Searching of host material for RE is the main goal of RE- doped material investigation

II                Samples Preparing and Measuring

Two types of substrate were used One was Si/SiOj, the other – Si/AI Five layers of erbium doped titania xerogel were deposited on both substrates Each deposition was accompanied by drying in air at 200 °C Finally both of the samples were annealed at 900 °C PL spectra were obtained in the ranges: 200- 1100 nm and 1375-1675 nm at room temperature Laser radiation with λ«χίΐ= 302 nm and P = 80 mWwas used as excitation source

III                              Result and Analysis

PL spectra of both samples demonstrate broad band in visible range with maximum in green range (Fig 1) Peaks and dips in the range 500-600 nm we associate with process of radiation absorption and reabsorption of erbium ions Red erbium-related peak at 660 nm exists for both samples Sharp peak (half- width=14nm) at 380 nm corresponding to ’Gn/2^’li5/2transition of trivalent erbium ion exists only for the sample with aluminium sublayer Probably, annealing of Si/AI/xerogel structure result in incorporation of aluminium in titania matrix and modification of erbium ion local environment From our view point energy 331-10 ^ cm ^ (302 nm) of ^ Kiscstate of erbium ion can be well distributed to 263-10 ^ cm ^ (380 nm) and 65-10 ^ cm ^ (154цт) corresponding to’ Gucand’ l 13/2states, accordingly, due to crossrelaxation mechanism Perhaps, it brings to increase of PL intensity at 154 ЦТ as a result of higher probability of ‘hsc ^ ^ lisc transition This proposal is supported with Fig 2

IV                                      Conclusion

structure of erbium-doped titania xerogel layer with aluminium sublayer on silicon substrate reveal appearance of sharp peak at 380 nm and increase of 154 ЦТ peak intensity This work was supported by the grant INTAS, project 03-51-6486

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р