Вплив відпалів на люмінесцентні характеристики квантових точок СdSe в полімері

Abstract

Дослiджено вплив низькотемпературних вiдпалiв в iнтервалi 350–480 К на повiтрi на люмiнесцентнi характеристики квантових точок CdSe, вмiщених в матрицю з желатину або полiвiнiлового спирту. Показано, що спектри фотолюмiнесценцiї (ФЛ) обох типiв плiвок подiбнi i складаються з двох смуг, пов’язаних з рекомбiнацiєю носiїв через рiвнi поверхневих дефектiв. Виявлено, що термiчний вiдпал протягом 10 хвилин в iнтервалi 350–480 К приводить до зростання iнтенсивностi люмiнесценцiї та зсуву максимумiв смуг ФЛ в низькоенергетичний бiк спектра. При довготривалому (бiльше 1 години) вiдпалi спостерiгається зменшення iнтенсивностi ФЛ. Всi ефекти релаксують з часом при витримуваннi зразкiв за кiмнатної температури на повiтрi i вiдновлюються пiсля повторного вiдпалу. Запропоновано, що причиною низькоенергетичного зсуву максимумiв смуг ФЛ є збiльшення густини поверхневих дефектiв, якi дiють як центри випромiнювальної рекомбiнацiї i утворюються внаслiдок розриву зв’язкiв поверхневих атомiв кадмiю з функцiональними групами молекул желатину. В той же час причиною зростання iнтенсивностi ФЛ може бути збiльшення висоти потенцiального бар’єра для звiльнення носiїв з рiвнiв квантових точок та переходу їх на центри безвипромiнювальної рекомбiнацiї. Iншою причиною зростання iнтенсивностi ФЛ може бути зменшення концентрацiї центрiв безвипромiнювальної рекомбiнацiї. Причина зменшення iнтенсивностi ФЛ при довготривалому вiдпалi поки що не з’ясована.

Исследовано влияние низкотемпературных отжигов в области температур 350–440 К на воздухе на люминесцентные характеристики квантовых точек CdSe, помещённых в матрицу из желатина или поливинилового спирта. Показано, что спектры фотолюминесценции (ФЛ) обоих типов плёнок подобны и состоят из двух полос, связанных с рекомбинацией носителей через уровни поверхностных дефектов. Установлено, что отжиг в течение 10 минут в интервале 350–450 К приводит к росту интенсивности люминесценции и сдвигу максимумов полос ФЛ в низкоэнергетическую сторону спектра. При длительном (более 1 часа) отжиге наблюдалось уменьшение интенсивности ФЛ. Обнаружено, что все эффекты релаксируют при выдерживании образцов при комнатной температуре на воздухе и возобновляются при повторном отжиге. Предположено, что причиной низкоэнергетического сдвига максимумов полос ФЛ является увеличение плотности поверхностных дефектов, которые действуют как центры излучательной рекомбинации и образуются в результате разрыва связей поверхностных атомов кадмия с функциональными группами молекул желатина. В то же время причиной обратимого возрастания интенсивности ФЛ может быть увеличение высоты потенциального барьера для освобождения носителей с уровней квантовых точек и перехода их на центры безызлучательной рекомбинации. Другой причиной возрастания интенсивности ФЛ может быть уменьшение концентрации центров безызлучательной рекомбинации. Причина уменьшения интенсивности ФЛ при длительном отжиге пока ещё не выяснена.

The influence of low-temperature annealing in the range of 350–480 K in air on the luminescent properties of CdSe quantum dots embedded in a gelatine or polyvinyl alcohol matrix is studied. The photoluminescence (PL) spectra of the films of both types are the same and consist of two bands originating from recombination of carriers through the surface defect states. It is found that thermal annealing at 350–480 K during 10 min results in both the enhancement of the PL intensity and the shift of the PL bands to low-energy spectral region. At a long annealing time (more than 1 hour) the decrease of PL intensity is observed. All the effects relax during the storage (ageing) of samples at room temperature in air and appear after repeated annealing. The shift of the PL bands to low-energy region is explained by an increase of the density of surface defects, which act as the centres of radiative recombination and tentatively arise due to the break of the bonds of cadmium surface atoms with functional groups of gelatine molecules. The enhancement of the PL intensity is supposed to be due to the increase of the height of potential barrier for carrier transition from quantum dots to the centres of nonradiative recombination. Another possible reason of PL enhancement can be the decrease of nonradiative defect density. The mechanism of the reduction of PL intensity at long annealing time is not clear now.