正20面体クラスター固体の光キャリア緩和の発光波長選択による解明

通过发射波长选择阐明二十面体簇固体中的光载流子弛豫

基本信息

批准号：
13750620
负责人：
曽我公平
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750620/
关键词：
正20面体クラスター固体ホウ素準結晶光伝導キャリア緩和

项目摘要

正20面体クラスター固体であるβ菱面結晶ボロン(β-B)とAlPdRe準結晶について光励起によるキャリアダイナミクスの解明を目的として変調(MPC)およびパルス(PPC)光伝導の測定を行った。光伝導はバンドギャップ間の電子の光励起による遷移によって生じる現象としてこれまで主に半導体において観測が行われてきたが、我々のグループでは準結晶合金においても疑ギャップにおける光励起による電流の増大が起こることを報告してきた。本研究においては薄膜状の準結晶試料を用いることにより測定のS/Nを向上し、これまで観測できなかった準結晶における光励起電流の温度依存性を観測した。その結果、温度の上昇に伴って光電流が増大するβ-Bとは逆に準結晶では温度の上昇と共に光励起電流が減少することが分かった。準結晶試料は薄膜であり、また光励起によって生じる電流の増大に対して暗電流が大きいため、光励起による試料の温度上昇に伴うキャリアの増大が観測されている可能性があると考え、サファイア基板上の準結晶薄膜について熱伝導解析を行った。この結果、準結晶において観測される光励起キャリアの緩和特性はほとんど基板も含めた試料の熱緩和によって説明されることが分かった。一方β-Bにおいて励起波長を可変としたPPCの測定を行ったところ、1.5eVのギャップ内に0.2eV刻みで存在するトラップ準位で構成されるバンド構造と対応した光電流値の励起波長・時間依存性が観測され、β-Bの場合には主に一般的な半導体と同様な光電流が観測されていることが分かった。さらに、波長可変PPC測定により、β-Bの光伝導は、伝導帯への電子励起の後、トラップヘの高速な緩和とトラップから伝導帯へのゆっくりとした熱離脱が支配し、結果としてマイクロ秒オーダーから10000秒以上に渡る極めて広いキャリア緩和時間分布が観測されることが明らかになった。

在 β-菱面体硼 (β-B)（一种正二十面体团簇固体）和 AlPdRe 准晶体中进行了调制 (MPC) 和脉冲 (PPC) 光电导测量，目的是阐明光激发引起的载流子动力学。光电导是由于光激发而导致电子在带隙之间跃迁而产生的现象，迄今为止主要在半导体中观察到，但我们小组已经证明，在准晶合金中也会出现由于准带隙中的光激发而导致的电流增加已被报道。在这项研究中，我们通过使用薄膜状准晶样品提高了测量的信噪比，并观察到了准晶中光激发电流的温度依赖性，这是以前从未观察到的。结果发现，与光电流随着温度升高而增加的β-B相反，在准晶中，光激发电流随着温度升高而降低。由于准晶样品是薄膜，与光激发引起的电流增加相比，暗电流较大，因此我们认为，随着光激发引起的样品温度升高，可能会观察到载流子的增加。在准晶薄膜上进行。结果发现，在准晶体中观察到的光激发载流子的弛豫特性主要是通过包括衬底的样品的热弛豫来解释的。另一方面，当我们在β-B中使用可变激发波长进行PPC测量时，我们发现与由陷阱能级组成的能带结构相对应的激发波长和光电流值在1.5 eV间隙内以0.2 eV增量存在。观察发现，在β-B的情况下，主要观察到与一般半导体类似的光电流。此外，可调谐 PPC 测量表明，β-B 的光电导主要是电子激发进入导带，然后快速弛豫进入陷阱，并从陷阱缓慢热解吸进入导带，导致微秒级的结果。观察到极宽的载流子弛豫时间分布，范围从几个数量级到超过 10,000 秒。