Luminiscences procesi bora nitrīdā

Abstract

Darbā tika pētītas Aldrich firmā ražota h-BN pulvera spektrālās īpašības. Šis h-BN pulveris tika lietots kā izejmateriāls bora nitrīda nanomateriālam (h-BN-NTs), kas sastāv no vienas sieniņas un daudzsieniņu BN nanocaurulēm un neliela daudzuma izejmateriāla makroizmēra graudiem. h-BN-NTs nanomateriāla un Baltkrievijā ražota h-BN makroizmēru pulvera spektrālās īpašības nesen tika pētītas mūsu laboratorijā, un pašreizējo darbu var uzskatīt kā tiešu šo iepriekšējo pētījumu turpinājumu. Iepriekš tika atklāts, ka h-BN-NTs materiālā platā 395 nm fotoluminiscences (PL) josla ar savu ierosmes joslu pie 260 nm raksturo nanocauruļu luminiscenci. Tāda pati PL josla tika atklāta h-BN makroizmēru pulverī, kur tā tika piedēvēta nanoarku luminiscencei, kas atrodas uz materiāla graudu virsmām. Pašreizējais pētījums ir veltīts fotoluminiscences un tās ierosmes īpašību izzināšanai pie istabas un šķidrā slāpekļa temperatūrām Aldrich firmas h-BN makroizmēru pulverī, kā arī optiski stimulētās luminiscences izpētei. Tika atklāts, ka 395 nm PL josla ir salikta. Tā sastāv vismaz no 4 apakšjoslām. Blakus novietotās apakšjoslas atdala ~ 0.16/0.17 eV enerģijas intervāls. Katra no PL apakšjoslām ierosinās vienā un tai pašā 260 nm ierosmes spektra joslā, kā arī pie 205 nm, un šo pēdējo ierosmi saista ar eksitonu procesiem. Lai atklātu PL apakšjoslu izcelsmi, tika lietotas infrasarkanās gaismas absorbcijas pētījumu metodes. Tika atklāts, ka par 395 nm PL apakšjoslu izcelsmi ir atbildīgi optiskie fononi. h-BN pulverī pirmo reizi tika novērota optiski stimulētā luminiscence (OSL). OSL spektrā tā pati 395 nm josla ir galvenā , kas PL, un arī OSL ierosmes josla atrodas pie 260 nm. Šie rezultāti ļauj secināt, ka h-BN OSL veidošanā piedalās tie paši defekti, kas ir atbildīgi par PL.

Spectral characteristics of h-BN powder made in Aldrich Corporation were studied. This h-BN powder was used as a raw material for synthesis of boron nitride nanotube (h-BN-NTs) mixed material, consisting of single walled and multiwalled BN nanotubes containing also a small amount of the macro-sized raw material grains. The spectral characteristics of the h-BN-NTs and h-BN macro-sized powder made in Belarus have been recently studied in our laboratory and the present investigations directly continue these investigations. It was found that in the h-BN-NTs material the wide 395 nm photoluminescence (PL) band with its direct excitation at 260 nm could be related to the nanotube luminescence. The same PL band was found in the h-BN macro-sized powder and its origin was related to the nanoarch luminescence from the surface of the material grains. The present work contains the studies of photoluminescence and its excitation characteristics at room and liquid nitrogen temperature as well as characterization of optically stimulated luminescence (OSL) at room temperature of h-BN macro-sized powder (made in Aldrich Corporation). It was found that the wide 395 nm PL band is complex. It consists at least of four subbands. The energy separation between two neighbors is ~ 0.16/0.17 eV. Each of these subbands can be excited in the same 260 nm excitation band and at 205 nm related to the exciton processes. The method of the infrared light absorption spectroscopy was used to reveal the nature of these PL subbands. It was obtained that the subbands observed within the 395 nm PL band could be related to the optical phonon structure. The optically stimulated luminescence (OSL) of h-BN for the first time was observed. The same 395 nm emission band is predominant in the OSL spectra and its excitation also is located at 260 nm like in the case of the PL. It allows a conclusion that the same defects are participating in the OSL formation like in the case of direct PL.