Фотолюминесценция и оптическое поглощение чистого нанокристаллического TiO2 анатаза и рутила при комнатной температуре

Автор(ы) Л. Кернажицкий1, В. Шимановская1 , T. Гаврилко1, В. Наумов2, Л. Федоренко2 , В. Кшнякин3
Принадлежность

1 Институт физики НАН Украины, пр. Науки, 46, 03650 Киев, Украина,

2 Институт полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАН Украины, пр. Науки, 41, 03028 Киев, Украина,

3 Сумской Государственный Университет, ул. Римского-Корсакова, 2, 40007 Сумы, Украина

Е-mail kern@iop.kiev.ua
Выпуск Том 5, Год 2013, Номер 3
Даты Получено 12.04.2013, опубликовано online 17.10.2013
Ссылка Л. Кернажицкий, В. Шимановская, T. Гаврилко, и др., Ж. Нано- электрон. физ. 5 № 3, 03047 (2013)
DOI
PACS Number(s) 61.46. + w, 61.72.Ji, 71.35. – y, 33.50.Dq
Ключевые слова Диоксид титана, Анатаз (4) , Рутил (3) , Фотолюминесценция, Оптическое поглощение.
Аннотация Проведено исследование фотолюминесценции и оптического поглощения нанокристаллических образцов TiO2 анатаза и рутила при комнатной температуре. Образцы TiO2 синтезированы в форме чистого анатаза или рутила и исследованы методами рентгеновской дифракции, рентгеновской флуоресценции, спектроскопии комбинационного рассеяния света, оптического поглощения и фотолюминесценции (ФЛ). ФЛ изучали при возбуждении TiO2 интенсивным УФ (3.68 эВ) излучением азотного лазера. Впервые для нанокристаллического TiO2 зарегестрированы спектры ФЛ с высокой разрешающей способностью при комнатной температуре, в том числе полосы экситонных и межзонных переходов. Сделан вывод, что процессы поглощения и излучения света вблизи края запрещенной зоны протекают с участием одних и тех же электронных переходов. ФЛ полосы, включая пики при 2.71-2.81 эВ в анатазе и рутиле возникают вследствие экситонной рекомбинации с участием кислородных вакансий решетки TiO2. Экситонный пик при 2,91 эВ приписывается рекомбинации автолокализованных экситонов в анатазе или свободных экситонов в рутиле, соответственно. ФЛ полосы в спектральном диапазоне 3.0-3.3 эВ отнесены к непрямым и прямым разрешенным переходам и являются следствием e –h + рекомбинации. ФЛ полосы при 3.03 эВ и 3.26 эВ отнесены к излучению свободных экситонов вблизи края фундаментального поглощения рутила и анатаза, соответственно. Обсуждается влияние кристаллической структуры TiO2 и температуры прокаливания образцов на спектры фотолюминесценции и оптического поглощения.

Список литературы