pooljuhtmaterjalide optiline spektroskoopiastaff.ttu.ee/~krustok/course/pdf... ·...
TRANSCRIPT
1
1
Pooljuhtmaterjalide optiline spektroskoopia
Prof. Jüri Krustok
Kontakt: [email protected]: staff.ttu.ee/~krustok
2
Pooljuhtmaterjalide optiline spektroskoopia
Optiline neeldumineFotoluminestsentsPäikesepatareide spektraalkarakteristikud.Raman spektroskoopia
3
Generatsioon ja rekombinatsioon
• Vabu lisalaengukandjaid võib pooljuhti sisestada mitmeti.
• Kõige laiemalt levinud on nn. fotogeneratsioon.
Kui footoni energia (hν) on suurem, kui pooljuhi keelutsooni laius, siis neeldunud valgus on võimeline tekitama elektron-augu paare.
Eg
hν
4
Valguse neeldumine pooljuhis
0 lx
It = I0 exp (−αl )
kus I0 on valguse intensiivsus kohas x = 0 ja It on intensiivsus kohas x = l, α- neeldumiskoefitsient (sõltub lainepikkusest).
I0 It
l
pooljuht
hν hν
2
5
Valguse neeldumine pooljuhisNeeldumine kõrgemate tsoonide vahel
Eksitonide neeldumineTsoon-tsoon neeldumine
Neeldumine defektidel
Vabade laengukandjateneeldumine
Foononid
6
Mõningate pooljuhtide neeldumiskoefitsiendi sõltuvus lainepikkusest.
Otsene tsoon
Kaudne tsoon
7
Neeldumine otsese tsooni korral
hν =Eg
E
k
Valentstsoon
Juhtivustsoon
Foononeid ei kaasata!
2/1)( gEhA −≈ να
8
Neeldumine kaudse tsooni korral
hνfooton~Eg
E
k
kfoonon
Juhtivustsoon
Valentstsoon
Neeldumine toimub foononitekaasabil!
3
9
Neeldumine kaudse tsooni korral
Ge
2)( ωνα h±−≈ gEhA
Foononi energia
10
Neeldumine kaudse tsooni korral
Foononikiirgamisega seotud neeldumine
Foononineelamisega seotud neeldumine
11
Neeldumine ränis
Kaudne keelutsoonEg =1.1 eV
KRIITILISED punktid:E1 = 3.2 eVE2 = 4.3 eV
12
Neeldumine ränis
Kriitilised punktid kohtades,kus dE/dk=0, s.t. kohtades,kus juhtivustsoon on paralleelnevalentstsooniga
Neeldumine ~ olekute tihedus
g(E) ~ 2g(k)(dE/dk)-1
4
13
Neeldumine üldiselt
mgEh
hA )( −= νν
α
m = ½ otsene lubatud üleminek
m = 2 kaudne lubatud üleminek
m= 3/2 otsene keelatud üleminek
m= 3 kaudne keelatud üleminek
14
Urbach’i saba
15
Urbach’i saba
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ −= )(exp)( g0 EEkT
KE σα
16
Moss-Burstein’i nihe
Tugevalt kõdunud materjalis hakkab neeldumisest leitud EG sõltuma laengukandjate kontsentratsioonistSiis EG=EG0+EF
EF tase asub sügaval juhtivustsoonis
5
17
Eksitonid
raadius>> aväike seoseenergialiigub vabalt kristallis
raadius~asuur seoseenergialokaliseerunud
18
Eksitonid
Eksiton- elektron juhtivustsoonis ja auk valentstsoonis on füüsiliselt ruumis teineteisele lähedal ning omavad justkui ühist massitsentritEksiton ei lisa midagi juhtivusele, ta on neutraalneVabad eksitonid- FEDoonoritega seotud eksitonid- D0XAktseptoritega seotud eksitonid- A0X
19
Eksitonide neeldumine
Vesinikumudel:
En = Eg-Rx/n2
T< (Rx/k)- s.t. väga madalad temperatuurid
20
Eksitonneeldumine (GaAs)
T=1.2KRx=4.2 meV
6
21
Neeldumise muud mehhanismid
LisandneeldumineTsoonidevaheline neeldumineNeeldumine läbi omadefektideNeeldumine vabadel laengukandjatelNeeldumine võre võnkumistel
22
Neeldumine vabadel laengukandjatel
23
Tsoonidevaheline neeldumine
Infrapunane tsoonidevaheline neeldumine p-tüüpi pooljuhis
24
FotogeneratsioonFotogeneratsioonis genereeritakse võrdselt auke ja elektrone, kusjuures iga footon genereerib ühe elektron-augu paari. Siis võib kirjutada:
( ) xeGxGtp
tn αλ −==
∂∂
=∂∂
L0Lvalgusegavalgusega ,||
kus GL0 fotogeneratsiooni kiirus [e-h paare / (cm3 s)] kohasx = 0
7
25
Fotogeneratsioonn0, p0 – olgu need kontsentratsioonid termilise tasakaalu korraln, p – reaalsed häiritud kontsentratsioonid, sõltuvad ajast t
∆n = n – n0∆p = p – p0
Nt olgu rekombinatsioonitsentrite kontsentratsioon (tsentreid/cm3)
Eeldame et ergastus pole liiga suur, s.t. Põhiliste laengukandjate kontsentratsiooni muutus on tühine, näit. n-tüübi jaoks ∆p << n0 ; n ≈ n0.
∆n ja ∆p on kontsentratsioonide muutused võrreldes tasakaaluolekuga, ∆n ja ∆p võivad olla nii positiivsed kui ka negatiivsed.
26
FotogeneratsioonVaatleme ikka n-tüüpi materjali. Tähtsust omavad siin mittepõhilised laengukandjad, s.t. AUGUD:Siis:
( )λ+∂∂
+∂∂
=∂∂ ,xG|
tp|
tp
tp
LGR
aukudemuutus
(kadu)rekom-
binatsioonitõttu
(juurdekasv)tänu
generatsioonile
välinemõju
valgus
Rtp∂∂
on võrdeline p ja Nt -ga.
pNC|tp
tpR −=∂∂ Cp – rekombinatsiooni
konstant = vthσn(p)
27
FotogeneratsioonTermiline
generatsioonG
Termilinerekombinatsioon
R
Soojussisse välja
FotogeneratsioonGL
Kiirguslikrekombinatsioon
28
Rekombinatsioonimehhanismid
Kiirguslik rekombinatsioon e. luminestsentsMittekiirguslik rekombinatsioon
8
29
Luminestsentsi mõõtmine
30
Luminestsentsi mõõtmine
Fotoluminestsentsi mõõtmisskeem: 1– laser, 2– filter, 3– modulaator, 4–peegel, 5- lääts, 6– krüostaat, 7 ja 8 – läätsed, 9– filter, 10–monokromaator, 11– detektor, 12– lock – in võimendi, 13– arvuti.
31
Luminestsentsi mõõtmine
Detektorid:Fotoelektronkordistid:
FEU-79 (nähtav piirkond)
R632- spektri punane piirkond
Pooljuhtdetektorid:
Si- nähtav ja lähedane infrapunapiirkond
InGaAs- lähedane infrapunapiirkond
PbS- kaugem infrapunapiirkond
32
9
33
Kiirgusliku rekombinatsiooni kanalid
Tsoo
n-ts
oon
Eks
itoni
d
Äär
ekiir
gus
läbi
m
adal
ate
tase
met
e
Süg
avat
e ts
entri
te k
iirgu
s
34
E, eV
EgBandBand--toto--bandband
EEksitonidksitonid
MadaladMadaladdefektitasemeddefektitasemed
Sügavad defektidSügavad defektid
Luminestsentsi ribad:
35
Luminestsents pooljuhtides
Rekombinatsiooniline
Tsentrisisene
36
Luminestsents pooljuhtides
Rekombinatsiooniline
Intensiivsus sõltub tühjade tsentrite kontsentratsioonist Nkui ka vabade elektronide kontsentratsioonist n
NndtdNI β=−=
β = σ<v> - rekombinatsiooni koefitsient
elektronide keskmine kiirus
tsentri efektiivne haarderistlõige
10
37
Luminestsents pooljuhtides
Rekombinatsioonilise luminestsentsi ajaline kustumine
( )[ ]22/10
0
1 tIIIβ+
=
21t
I ≈Seega:
38
Luminestsents pooljuhtides
Tsentrisisene- monomolekulaarne protsess, intensiivsus sõltub vaid tsentrite arvust.
)exp(
)exp(
0
0
tII
tNNdtdNI
α
ααα
−=
−==−=
)exp(
1
0 τ
ατ
tII −=
= tsentri ajakonstant
39
Äärekiirgus otsese pooljuhi korral
40
Äärekiirgus otsese pooljuhi korral
11
41
GaAs äärekiirgus
)exp()(~)( 2/1
kTEh
EhAhI gg
−−−
ννν
42
Äärekiirguse rakendused
ValgusdioodidPooljuhtlaseridKvantkaevudel ja supervõredel põhinevad laserid
43
Tööstuslikud valgusdioodid
Ühend
GaAs0.6P0.4GaAs0.35P0.65:NGaAs0.14P0.86:NGaP:NGaP:Zn-OAlGaAsAlInGaPAlInGaPAlInGaPSiCGaN
Värvus
PUNANEORANZH-PUNANEKOLLANEROHELINEPUNANEPUNANEORANDZHKOLLANEROHELINESININESININE
44
GaAs elektroluminestsets
12
45
GaAs laserdiood
46
Kvantkaev ja supervõre
47
Neeldumine kvantkaevus
48
Neeldumine kvantkaevus
13
49
Eksitonid
E (eV)Eg
FE
DX
AX
~meV
50
Eksitonide luminestsentsS.H. Song et al. / Journal of Crystal Growth 257 (2003) 231–236
CdTe eksitonkiirgus
51
Eksitonid CuInS2 –s.
52
Doonor-aktseptorpaaride luminestsents
14
53
Doonor-aktseptorpaaride luminestsents
Elektroni ja augu omavahelise rekombinatsiooni tõenäosus: WDA=Wo exp(-2R/ao)Iga DA paari kiirguse energia sõltub D ja A vahelisest kaugusest R:
Madalate tasemete puhul mängib olulist rolli ka paaride jaotumine kauguste järgi:
ReEEERh ADgDA ε
ν2
)()( ++−=
)3
4exp(4)( 34 RNRNNRN DADDAππ −=
54
Doonor-aktseptorpaaride luminestsents
GaP klassikalinetööPhys. Rev. 133,1964, p. A269
55
Doonor-aktseptorpaaride luminestsents
GaP klassikaline töö: Phys. Rev. 133, 1964, p. A269
56
GaN t-shift
MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 6, 12(2001).
Doonor-aktseptorpaaride luminestsents
R suurenebW väheneb
t suurenebEmax väheneb
s.t. kiiremini rekombineeruvad lähedased paarid
15
57
GaP j-shift
Phys. Rev. B, 6, 1972, 3072
Doonor-aktseptorpaaride luminestsents
R suurenebW väheneb
Ilaser suurenebEmax suureneb
s.t. kiiremini lähevad küllastusse suure R-ga paarid
58
Sügava doonori- sügava aktseptori paarid -> DD-DA paarid.
DD-DA paarid on defektid, mis avalduvad nii kolmikühendites kui ka binaarsetes ühendites.Võimalikud on vaid väga lähedased paarid väga sügavate defektide vahel.Lähedaste paaride vahelist energiat on võimalik välja arvutada.
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=∆
nmmn rr
eE 112
ε
59
DD-DA paarid
D1 D2 W
ED0
EA0
c-band
v-band
as grown compensated
D1
D2
r1r2
r∞
60
0.6 0.8 1.0 1.2
D6D1
CuInS2
E (eV)
D6 D1AgInS2
PL
inte
nsity
(a.u
.)
D6 D1
CuGaSe2
D6
D1
CuIn0.5
Ga0.5
Se2
DD-DA paaridele vastav kiirgus erinevates kolmikühendites.
Teoreetiliselt arvutatud ribade asukohad on toodud vertikaaljoontega.
DD-DA paarid
16
61
0.50 0.55 0.60 0.650
1
2
3
4
5
hω1
hω2
T=8K
CuInS2
a)
PL in
tens
ity (a
. u.)
E (eV)
0.620 0.625 0.630
D50
D40
b)
DD-DA paarid võivad siduda ka eksitone ja anda üsna erakordseid spektreid:
Toodud ülikitsad jooned kuuluvad CuInS2 sügavatele DD-DA paaridele lokaliseerunud eksitonidele.
DD-DA paarid
62
DD-DA paarid CdTe-s.
Erinevad võimalikud võrevahelised tühimikud-erinevad PL ribad.
J. Krustok, H. Collan, K. Hjelt, J. Mädasson, V. Valdna. J.Luminescence , v. 72-74, pp. 103-105 (1997).
63
DD-DA paarid erinevate kristallstruktuuride korralPossible distances between the two interstitial positions (i1 or i2), and the
Ag or In sites, respectively, in the chalcopyrite and orthorhombic lattice of
AgInS2 . Starting from the shortest one, the distances are labelled D1, D2, …
etc.
Chalcopyrite Orthorhombic
No Lattice sites Distance, Å Lattice sites Distance, Å
D1 Ag-i2,In-i2 2.49 In-i2,Ag-i1 2.48
D2 Ag-i1,In-i1 2.8 Ag-i1,In-i2 2.51
D3 Ag-i1,In-i1 2.91 In-i1,Ag-i2 3.45
D4 Ag-i2,In-i2 4.68 In-i1,Ag-i2 4.8
D5 Ag-i2,In-i2 4.81 In-i1,Ag-i2 4.81
D6 Ag-i1,In-i1 4.98 In-i1,Ag-i2 5.3
D7 In-i2 6.23 In-i1,Ag-i2 6.26
AgInS2 halkopüriit ja ortorombiline struktuur
64
0.8 1.0 1.20
1
2
3
4
5
c-AgInS2
T=8K
D6
D5D4
D3 D2D1
PL in
tens
ity (a
. u.)
E (eV)
0.6 0.8 1.0 1.20
20
40T=8K
o-AgInS2
D6 D4D5 D3 D2 D1
PL in
tens
ity (a
. u.)
E (eV)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
DD-DA paarid AgInS2 -s
Halkopüriit Ortorombiline
17
65
EETT
PLPL
TTermiliseltermiliseltvabastatud augudvabastatud augud
Fotoluminestsentsi termiline kustumine
0 20 40 60 80 100 120 140-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
Fitting Experiment
ln (I
)
1000/T (1/K)
ET =114 ± 6 meV
66
Fotoluminestsentsi termiline kustumine
Olemasolevad teoreetilised käsitlused andsid vastuolulisi tulemusi madalatemperatuurses osas.
Intensiivsuse temperatuursõltuvuse kirjeldamiseks kasutati tihtikahte aktivatsioonienergiat:
J. . KrustokKrustok, H. , H. CollanCollan, and K. , and K. HjeltHjelt. J. . J. ApplAppl. Phys. v. 81, N 3, pp. . Phys. v. 81, N 3, pp. 14421442--1445 (1997) .1445 (1997) .
)/exp()/exp(1)(
2211
0
kTEkTEITI
TT −+−+=
αα
( )( )kTETT
ITIT /exp1 2
3
22
3
1
0
−++=
ϕϕ
67
Konfiguratsioon koordinaatide meetod
Kaheaatomilise molekuli mudel- harmooniline ostsillaator
F = -kx
∫ ==⇒−=x kxkxdxEFdxdE0
2
2
x Parabool!!
68
Konfiguratsioon koordinaatide meetod
Kaheaatomiline süsteem- r reaalne kaugus Kristall- R nn. konfiguratsiooni koordinaat
18
69
Konfiguratsioon koordinaatide meetodFrank- Condoni printsiip:
Elektronüleminekud toimuvad nii kiiresti, et aatomite omavaheline asukoht ei jõua veel muutuda:
VERTIKAALSED ÜLEMINEKUD KK ruumis
70
Konfiguratsioon koordinaatide meetod
ω
ω
h
h
SW
kTWW
2ln8
2coth
0
0
=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
1. Kiirgusriba poollaiuse sõltuvus temperatuurist.
CdTe
71
Konfiguratsioon koordinaatide meetod
)/exp(10
kTEII
T−+=
α
2. Tsentrisisene kustutamine
ET
Mott’i valem
ωhSEE emissabs 2=− S- Huang-Rhys faktor e. kesmine foononite arvüleminekul 72
Luminestsentsiriba kuju
Teooria – Pekar, Huang, Rhys, jt.Üldine PL riba kuju on üsna keerulineLihtsustused:
T=0vastasmõju ühe konkreetse foononiga nii ergastatud kui ka põhiolekus
Siis on võimalik välja arvutada rekombinatsiooni tõenäosust ergastatud oleku igalt tasemelt põhioleku igale tasemele-need tõenäosused alluvad Poissoni jaotusele
19
73
Poissoni jaotus!
)exp()(r
rPr µµ −
=
74
Luminestsentsiriba kuju
Siis kiirgusriba kuju avaldub:
∑ −−−
=m
m
EmEm
SSIEI )(!
)exp()( 00 ωδ h
üksiku ribakese kuju sõltub vastasmõjust väiksema energiaga (akustiliste) foononitega
Olukord läheb keerulisemaks, kui ergastatud ja põhioleku nn. jõukonstandid on erinevad!! Aga see on juba omaette teema
75
Luminestsentsiriba kuju
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
0.85 0.90 0.95 1.00 1.05
IntF(x)
∑ −−−
=m
m
EmEm
SSIEI )(!
)exp()( 00 ωδ h
E0m=0
m=1
m=2
foononi energia
Gaussi kujuga üksikudfoononrepliigid
0-foonon joon
PEKARIAAN
S=0.47
76
0.50 0.55 0.60 0.650
1
2
3
4
5
hω1
hω2
T=8K
CuInS2
a)
PL
inte
nsity
(a. u
.)
E (eV)
0.620 0.625 0.630
D50
D40
b)
Luminestsentsiriba kuju
PL riba kuju CuInS2 –s
Näha on vastasmõju kahe erineva foononiga
20
77
Luminestsentsiriba kuju
( )⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −−= 2
2max
02ln4exp)(
WEEIEIGaussi kuju:
( )⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −−−= 2
20
0 )(2ln82ln4exp)(
ωω
h
h
SSEEIEI
Kui Pekariaanis S -> ∞, siis muutub Pekariaan samuti Gaussiaaniks:
78
0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.050
50000
100000
150000
200000
PL in
tens
ity (a
. u.)
E (eV)
0
5000
10000
15000
20000
Luminestsentsiriba kuju
Lorenz’i kuju
Gaussi kuju
79
Tugevalt “legeeritud” materjalide luminestsents
Suurem osa uuritavatest kolmikühenditest on nn. tugevalt legeeritud
Tugev legeerimine: defektide vaheline kaugus on väiksem kui laengukandjate Bohri raadius.
Juhtivus- ja valetstsooni ääri mõjutavad tugevalt potentsiaali fluktuatsioonid.
80
1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0T=12.5K
PL in
tens
ity
E, eV
• J. Krustok, H. Collan, M.Yakushev, K. Hjelt. Therole of spatial potentialfluctuations in the shape ofthe PL bands of multinarysemiconductor compounds.Physica Scripta , T79, pp.179-182 (1999).
Tugevalt “legeeritud” materjalide luminestsents
Tüüpiline tugevalt legeeritudCuInGaSe2 PL spekter
21
81
Teoreetiline mudel PL ribade kirjeldamiseks tugevalt legeeritud kolmikühendites.
Fn
Eg
ε
BBBT
ρc
ρv
Ec
Ev
Tugevalt “legeeritud”kolmikühendi tsoonipiltning olekute tihedusefunktsioonid.
Teooria: Shklovskii, EfrosLevaniuk, Osipov
82
Olekute tiheduse funktsioon sabas:
BT riba kuju avaldub:
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −−=
k
ecec
EEE
0
00 exp)(
γρρ
Teoreetiline mudel PL ribade kirjeldamiseks tugevalt legeeritud kolmikühendites.
∫∫ −−∝ hehehhhveeecheBTBT dEdEhEEEqEEfEEEWhI )()()()()(),()( νδρρν
83
1.1 1.2 1.3 1.40
1
2
3
4
5
240 K210 K
190 K175 K160 K145 K130 K120 K110 K95 K
80 K70 K60 K50 K40 K30 K20 K15 K12.5 K
PL in
tens
ity (a
. u.)
E (eV )
BB-band
BT-band
• J. Krustok, H. Collan, M.Yakushev, K. Hjelt. Therole of spatial potentialfluctuations in the shape ofthe PL bands of multinarysemiconductor compounds.Physica Scripta , T79, pp.179-182 (1999).
Tugevalt legeeritud CuInGaSe2 äärekiirguse spekter
BB ja BT kiirgused
84
BB ja BT ribade temperatuursõltuvused
0 50 100 150 200 2501.21
1.22
1.23
1.24
1.29
1.30
1.31
T2 = 175K
hνmax~ 2.1kT
BT- band
BB- band
T1=96K
hνmax~ - 4.4kThν
max
(eV
)
T (K)
BT ja BB ribademaksimumidetemperatuursõltuvused.
• J. Krustok, J. Raudoja, M.Yakushev, R. D.Pilkington, and H. Collan.phys. stat. sol. (a) v. 173,No 2, pp. 483-490 (1999).• J. Krustok, H. Collan, M.Yakushev, K. Hjelt.Physica Scripta , T79,pp. 179-182 (1999).
22
85
Rekombinatsioon tugevalt legeeritud pooljuhtides
86
Mittekiirguslik Auger rekombinatsioon
Osalevad 3 laengukandjat.
Elektron-augu rekombinatsioonistvabanev energia antakse kolman-dale elektronile.
See kolmas elektron kiirgab energia mittekiirguslikult foononitekaudu
Auger rekombinatsioon
87
Paljudes materjalides võib rekombinatsioon minna ka läbi defektitasemete mittekiirguslikult.Mittekiirgusliku rekombinatsiooni osakaalu näitab kvantväljund.Kustutustsentrid-> s-tsentrid
Mittekiirguslik rekombinatsioon läbi defektide
88
Päikesepatareide spektraalkarakteristikud
23
89
-6.0
-5.0
-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
0.0
1.0
-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Cell Voltage (V)
Cell
Curr
ent (
mA
/cm
2 )
Jsc (short-circuit current)
Voc(open-circuitvoltage)
Ideal solarcell
Päikesepatarei tüüpiline I-V kõver
MaximumEfficiency η = powerlight
FFVJpowerlightVJ ocscmm ⋅⋅
=⋅
Jm, Vm
Pmax = Jm•Vm
Power output = J•V
FF =ocsc
mm
VJVJ⋅⋅
Fill Factor
90
400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 13000.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.003.03.03
373T - 2
366T - 6
Spec
tral r
espo
nse
(a.u
.)
λ (nm)
Mõnede meie päikesepatareide spektraalkõverad.
Spektraaltundlikkuse mõõtmised.
Kaotatudvool
Ideaalne kõver
91
Spektraaltundlikkuse mõõtmised.
Teoreetiliselt peaks CuInSe2-CdS-ZnO päikesepatarei kvantefektiivsus avalduma valemiga:
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+−
−−−−=CISCIS
CISCISCdSCdSZnOZnO L
WddRQααααλ
1)exp(1)exp()exp()1()(
R- Kaod peegelduseleα- neeldumiskoefitsiendidL – mittepõhiliste laengukandajate difusioonitee pikkusW- siirdeala paksusd- vastava kihi paksus
92
Spektraaltundlikkuse mõõtmised
Pikalainelises e. Infrapunases osas on ligikaudne sõltuvus selline:
Efektiivne kogumistee pikkus Siirdeala paksus
Kui Ldiff ~ w , siis hakkab spektraalkarakteristik sõltuma vastupingest!!!
24
93
Päikesepatarei Stuttgardi ülikoolist
94
TTÜ päikesepatarei erinevatel vastupingetel
95
KvantefektiivsusErinevat tüüpi päikesepatareide kvantefektiivsuste spektrid.
• A73-1 - väävli järeltöötlust saanud monoterakihiline CuInSe2 päikesepatarei.
• A74-1 - seleeni järeltöötlust saanud monoterakihiline CuInSe2 päikesepatarei.
• x14 - õhukesekileline Cu(In,Ga)Se2 tüüpi päikesepatarei.
Erinevat tüüpi päikesepatareide kvantefektiivsuse spektrite tuletised.
• A74-1 - tuletise maksimumi asukohale vastab CuInSe2 keelutsooni laius.
• A73-1 - tuletiste maksimumide asukohtadele vastavad ligikaudu CuInSe2 ja CuInS2 keelutsooni laiused.
• x14 - tuletise maksimumi asukohale vastab Cu(In,Ga)Se2 keelutsooni laius. 96
Raman spektroskoopia
50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000
5
10
15
20
25
30
35
40
Mo2S
384
408
SGG049vac annealed + 2*KCN +CdS
Ram
an in
tens
ity (a
. u.)
Raman shift (cm-1)
Molübdeeniga kaetud klaasilesadestatud CuInS2 kihi Ramanspekter
Kalkopüriidse CIS joon
Cu-Au struktuurigaCIS joon
Ühikuks 1/λ , s.t. kaugus laserijoonest.
25
97
Millest selline nimi?
98
Valguse ja aine koosmõju
Kui ainele lasta peale valgust, siis valgus võib neelduda, peegelduda või hajuda.
HAJUMINE võib olla:Elastne (Rayleigh) → λhajunud = λlangev
Mitteelastne (Raman) → λhajunud ≠ λlangev
Valguse lainepikkus muutub Ramani hajumisel
99
Elastne (Rayleigh) hajumine
Elastsel hajumisel sõltub hajumise intensiivsus pealelangeva valguse lainepikkusest λ ja ka hajumise nurgast Θ
Mida sinisem on valgus, seda paremini hajutab!
Sinine taevas- päikesekiirguse Reyleigh hajumine õhu molekulidel!
Udutuled peaks olema punasemad!
100
Raman vs. Rayleigh hajumineRamani joonteintensiivsus on107 kordanõrgem kui onlaseriintensiivsus
26
101
Ramani efekti füüsika
Ramani hajumise mehhanismid:Molekulides: Molekuli sidemed võivad
venidaväändudadeformeeruda teise tasandisse
KristallidesKasvavad võre võnkumised → genereeritakse nn. termooptilisi foononeid
CO2 molekuli venimine102
Ramani hajumise spekterRamani spektris näeme:
1. Rayleigh piiki (∆E=0)2. Anti-Stokes jooni, kus energiaon suurenenud, s.t. ∆E<03. Stokesi jooni, kus energiaon vähenenud, s.t. ∆E>0
Üldiselt registreeritakse alatiStokesi jooni, kus energia vähenebja seega lainepikkus on SUUREMkui laseri lainepikkus.
103
Ramani hajumise spekterRamani jooned on alati
üsna lähedal ergastava laseri joonele
Joonte eraldatus on suurem punasemalaseri puhulJoonte intensiivsus on võrdeline [1/λlaser]4
sinise laseriga signaal on tugevam!
400Wavelength
0
10
20
30
40
50
60
Inte
nsity
BLU
E la
ser
GR
N la
ser
RE
D la
ser
Fluorescence
Raman shift
Fluorestsents segab spektri saamist!!104
Raman spektromeeter
HORIBA Jobin YvonLabRam HR
VB korpuse keldris
27
105
Raman spektromeeter (vaade tagant)
106
Kes teid aitavad:
Mati Danilson Maarja Grossberg
107
Lõpetuseks
KONTAKT: VB korpuse II korrus VB-224Pooljuhtmaterjalide tehnoloogia õppetool
staff.ttu.ee/[email protected]