Atbildīgie pētnieki un institūti:
- Taivānā:
Dr. Li-Chyong Chen
Center for Condensed Matter Sciences,
National Taiwan University, Taipei-106, Taiwan
Tel: +886 2 33665249/ Fax: +886 2 23655404; E-mail: chenlc@ntu.edu.tw
- Latvijā:
Dr. Habil. Phys. Baiba Berzina
Cietvielu fizikas institūts, Latvijas Universitāte
Platzonu materiālu laboratorija
8 Kengaraga Str., LV-1063 Riga, Latvia
Phone: +371-67253592; Fax: +371-67132778; E-mail: baiber@latnet.lv
- Lietuvā:
Prof. Habil. Dr. Kestutis Jarasiunas
Institute of Applied Research, Department of Semiconductor Optoelectronics
Vilnius University, Saulėtekio al. 9, building III
LT 10222 Vilnius, Lithuania
Phone:+ 370 5 2366036 Fax +370 5 2366070; E-mail: kestutis.jarasiunas@ff.vu.l
Pamatojums – motivācija
Strauja modernu optoelektronikas ierīču attīstība rada nepieciešamību izstrādāt arvien jaunus materiālus ar noteiktām īpašībām un samazinātiem materiālu izmēriem. AlGaN materiāli un ZnO struktūras pieder pie šiem materiāliem. Ir zināms, ka materiālu īpašības un it sevišķi optiskās īpašības lielā mērā ir atkarīgas no defektu klātbūtnes un sastāva materiālā. Tādēļ viens un tas pats materiāls, kas ir sintezēts atšķirīgos apstākļos, var uzrādīt atšķirīgas īpašības.
Trīskomponenšu AlGaN veido divi nitrīdi AlN un GaN ar heksagonālu kristālisko struktūru, bet atšķirīgām aizliegtās enerģijas zonas Eg vērtībām (attiecīgi 6,2 eV un 3,4 eV). Kopā abi materiāli veido homogēnu cieto šķīdumu ar maināmu aizliegtās zonas platumu, kas ir atkarīgs no Al un Ga koncentrāciju attiecības. Pamatvielas eksitonu luminiscence arī ir atkarīga no aizliegtās zonas platuma, un luminiscences joslas spektrālais novietojums var mainīties plašā ultravioletās gaismas spektra intervalā, kura robežas nosaka abu materiālu augstāk minētās Eg vērtības. Eksitonu luminiscences īpašības AlxGax-1N materiālam ar Al sastāvu x, kas mainās intervālā 0,2<x<1, ir plašī pētījuši N.Nepal et al. (APL 87 2005; APL 88 2006 etc.). Šajā projektā tiek pētītas AlxGax-1N plānas filmas ar mazu Al piejaukuma koncentrāciju, kur x nepārsniedz 0,12.
ZnO ir perspektīvs platzonu materiāls (Eg = 3,3 eV). Šajā pētījumā tiks pētītas optiskās un elektriskās īpašības ZnO plānām filmām. Tiks iegūtas 3 veidu ZnO filmas atbilstoši trim galveniem kristālogrāfiskiem virzieniem, kas ietver divas nepolāras plaknes: α-plakni (11-20) un m-plakni (10-10) un vienu polāru c-plakni (0001).
Projekta mērķis
Izstrādāt sintezes metodes jauktā sastāva AlGaN pusvadītājam ar maināmu aizliegtās enerģijas zonas platumu Eg, kā arī sintezēt ZnO dažādi strukturētus paraugus un izpētīt to optiskās un elektriskās īpašības, lai iegūtu materiālus ar iepriekš paredzamām īpašībām, pielietojamus optoelektronikā.
Projekta realizācija
Taivānas daļa strādā pie paraugu sintēzes, lietojot CVD un MBE metodes, kā arī veic paraugu struktūras analīzi un raksturošanu, pielietojot modernas mikroskopijas un sastāva analīzes metodes.
Lietuvas daļa strādā pie materiālu elektrisko un optisko īpašību iuzpētes.
Latvijas daļa veic materiālu spektrālo izpēti, pētot fotoluminiscences un absorbcijas spektrus un to raksturojumus plašā temperatūru rajonā no 8 K līdz 300 K.
Sasniegtie rezultāti (Latvijā)
Plānām AlxGa1-xN kārtiņām, ar dažādu Al koncentrāciju x, kas nepārsniedz 0,1, plašā temperatūru rajonā no 8 K līdz 300 K tika pētītas eksitonu luminiscences īpašības, ko ietekmē materiāla aizliegtās zonas platums Eg. Paraugi tika ierosināti ar 263 nm lāzerstarojuma gaismu. Tika iegūti sekojoši rezultāti:
- AlxGa1-xN paraugiem ar mazu Al koncentrāciju, tās palielināšana rada eksitonu luminescences joslas novietojuma „zilo“ pārbīdi spektrā, ko var izskaidrot ar aizliegtās zonas paplatināšanos. Šī sakarība ir spēkā pie visām fiksētām temperatūrām intervālā no 8 K līdz 300 K.
- Temperatūras pieaugums no 8 K līdz 300 K AlxGa1-xN rada eksitonu luminiscences joslas maksimuma „sarkano“ nobīdi, kuru var izskaidrot ar temperatūras izraisītu kristāliskā režģā izplešanos un elektronu-fononu mijiedarbības atkarību no temperatūras.
- Temperatūras pieaugums rada eksitonu luminiscences intensitātes samazināšanos, ko var izskaidrot ar lokalizēto eksitonu termisko delokalizāciju.
- Lai nodrošinātu noteiktu Al koncentrāciju x AlxGa1-xN, sintēzes procesā svarīga loma ir pamatnes temperatūrai uz kuru uzklāj materiālu.
ZnO
ZnO plānām filmām, kas ir audzētas attiecīgi α-, c- un m-plakņu virzienā, tika pētīti fotoluminiscences un absorbcijas spektri. Tika konstatēts, ka fotoluminiscences eksitonu joslas maksimums un absorbcijas spektra fundamentālās joslas mala ir atkarīgi no materiāla kristalografiskās orientācijas.
Savstarpējie semināri
2011.g. 18. – 25.jūlijs. Seminārs Rīgā . Piedalās Taivānas (2), Lietuvas (2) un Latvijas fiziķi.
2013.g. 22. – 28. maijs. Seminārs Taipejā. Piedalās Taivānas un Latvijas (3) fiziķi.
Izstrādāts un aizstāvēts maģistra darbs
2013.g. Jana Grigorjeva "Eksitonu luminiscence trīskomponenšu AlGaN"