利用离子激发发光研究低温条件下ZnO发光行为EI北大核心CSCD

离子激发发光(Ions beam induced luminescence,IBIL)可以实时原位分析不同温度、不同离子辐照条件下材料内部点缺陷的演变行为。本文利用2 MeV H^(+)研究了300,200,100 K温度下ZnO单晶内部点缺陷发光及其随注量的演变行为。实验中发现ZnO深能级发射和近带边发射,结合Voigt分峰与XPS实验结果,确定红光(1.75 eV)与V_(Zn)相关,橙红光(1.95 eV)来自Zn_(i)到O_(i)跃迁;对于与V_(O)相关的绿光(2.10 eV),其红移可能由于温度降低导致更多电子由导带释放到Zn_(i)。峰中心位于3.10 eV和3.20 eV近带边发射分别来自于Zn_(i)到价带的跃迁和激子复合,红移原因分别为Zn_(i)附近局域化能级和带隙收缩。利用单指数公式对发光强度进行拟合,获得的衰减速率常数(f)可以表征缺陷的辐射硬度,对比发现深能级发射峰在200 K时辐射硬度最大,而近带边发射峰在300 K时辐射硬度最大。     

In situ luminescence measurement of 6H-SiC at low temperature

To understand the evolution of defects in SiC during irradiation and the influence of temperature,in situ luminescence measurements of 6H-SiC crystal samples were carried out by ion beam induced luminescence(IBIL)measurement under2 MeV H^+ at 100 K,150 K,200 K,250 K,and 300 K.A wide band(400-1000 nm)was found in the spectra at all temperatures,and the intensity of the IBIL spectra was highest at 150 K among the five temperatures.A small peak from 400 nm to 500 nm was only observed at 100 K,related with the D1 defect as a donor-acceptor pair(D-A)recombination.For further understanding the luminescent centers and their evolution,the orange band(1.79 eV)and the green band(2.14 eV)in the energy spectrum were analyzed by Gaussian decomposition,maybe due to the donor-deep defect/conduction band-deep defect transitions and Ti related bound excition,respectively.Finally,a single exponential fit showed that when the temperature exceeded 150 K,the two luminescence centers’resistance to radiation was reduced.     

基于Voigt函数拟合的离子激发发光光谱分峰方法

离子激发发光(IBIL)分析作为一种实时原位的光谱分析技术,由于其对样品内部结构的敏感性,给我们分析样品光谱谱峰信息带来了一定的困难。为了准确地对离子激发发光能谱进行分峰以便更加清晰地判断材料内部不同缺陷的发光中心,提出了一种利用Voigt函数,通过L-M（levenberg-marquardt）非线性最小二乘算法对100和200 K温度时ZnO的IBIL能谱中深能级发射（DBE）峰进行分峰的方法。通过对比Gauss函数和Voigt函数对能谱拟合后峰位随注量的波动情况,发现使用Voigt函数拟合得到的峰位更加稳定,并且收敛速度更快。同时通过对使用Voigt函数拟合后得到的峰中心位于1.75, 1.95和2.10 eV三个子峰的高斯函数半高宽与洛伦兹函数半高宽比较,发现洛伦兹函数半高宽约为高斯函数半高宽的1/10,而且100 K时的1.95 eV峰,200 K时1.75和1.95 eV峰,其洛伦兹峰半高宽数值为10-10量级以下,说明其中非均匀展宽（高斯展宽）仍然是谱峰展宽的主要机制;而电子与声子散射作用是洛伦兹展宽的主要机制。对于涉及导带中大量电子的2.10 eV子峰,其在200 K时洛伦兹函数半高宽明显大于100 K时,由于在温度较高时,由于晶格热振动加剧,且电子热运动加强,增大了散射概率,导致电子与声子的散射作用加强,从而对洛伦兹谱线进一步展宽。而峰中心位于1.75 eV的红光,其主要与V_Zn相关,在100 K时其子峰的洛伦兹半高宽为0.02 eV, 但在200 K时变得极小,这可能是由于100 K时V_Zn束缚的电子或激子在200 K获得足够的热动能摆脱了V_Zn束缚,减弱了与周围的晶格的散射作用,从而使得洛伦兹展宽变得极弱。实验结果表明Voigt函数更加适用于IBIL能谱拟合分峰,这也为以后IBIL技术应用于其他材料内部结构能谱分析提供了可借鉴的依据。