Структура спектров фотолюминесценции легированного кислородом графитоподобного нитрида углерода

Abstract

Исследованы закономерности изменения фотолюминесценции в температурном диапазоне 10—300 К графитоподобного нитрида углерода, синтезированного термообработкой меламина в замкнутой воздушной среде, содержащей кислород. Показано, что концентрация кислорода в полученном материале 4—5 ат.% увеличивается с ростом температуры и уменьшается при возрастании продолжительности процесса синтеза. Измерения при пониженных температурах вплоть до 10 К позволили разрешить в спектрах фотолюминесценции графитоподобного нитрида углерода несколько полос, обусловленных процессами излучательной рекомбинации. Установлено, что рост температуры синтеза с 500 до 600 °С, как и увеличение его продолжительности при заданной температуре с 30 до 240 мин, приводит к смещению максимума спектра фотолюминесценции c 2.74 эВ в область меньших энергий до 2.71—2.67 эВ, что связано с возрастанием роли в процессах излучения света молекулярной системы, образованной π-связями атомов углерода и азота с sp2-гибридизацией, характеризующейся меньшей шириной запрещенной зоны. Переходы, связанные с рекомбинацией через обусловленные кислородом уровни в запрещенной зоне полупроводника, способствуют возникновению “хвоста” спектров фотолюминесценции в области низких энергий (2.40—2.33 эВ). Повышение температуры синтеза нитрида углерода до 600 °С приводит к изменению структуры энергетических зон и увеличению энергии излучательных переходов за счет возрастания степени легирования атомами кислорода и термического расслоения.