Anregungsmechanismus von Er3+ in a-Si:H

Das Ziel dieser Arbeit ist es das optoelektronische Material a-Si:H (Er) zu untersuchen, welches sich zum einen durch die guten elektrischen Eigenschaften des a-Si:H und zum anderen durch die Emissionswellenlänge von 1.5 micrometer des Erbiums auszeichnet, welche mit dem Absorptionsminimum der Glasf...

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Kühne, Holger
Beteiligte: Weiser, G. (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2005
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:Das Ziel dieser Arbeit ist es das optoelektronische Material a-Si:H (Er) zu untersuchen, welches sich zum einen durch die guten elektrischen Eigenschaften des a-Si:H und zum anderen durch die Emissionswellenlänge von 1.5 micrometer des Erbiums auszeichnet, welche mit dem Absorptionsminimum der Glasfasern übereinstimmt. Photolumineszenzmessungen bestätigen die Annahme, dass zusätzlich zur Symmetriebrechung des Kristallfeldes Sauerstoff zur optischen Aktivierung des Er3+ nötig ist. Das flexible Gitter des a-Si:H erlaubt einen hohen Erbiumgehalt von bis zu 5·10exp21/cm3 bei einer Quanteneffizienz der Lumineszenz von 0.5-1.5·10exp-4 bei Zimmertemperatur. Photolumineszenz Anregungs- und Absorptionsmessungen an a-Si:H (Er) zeigen, dass die Erbiumionen nicht direkt angeregt werden, weil die Absorption der Er3+ Ionen zwei Größenordnungen unter der des Siliziums liegt. Die Anregung der Er3+ Ionen erfolgt also über Absorption im Siliziumwirt mit anschließendem Energietransfer zum Erbium. Um die beiden möglichen Anregungskanäle, den intrinsischen Band-Band Kanal und eine Anregung über die Defekte zu unterscheiden wurden Photolumineszenzmessungen durchgeführt. Die unterschiedliche Temperaturabhängigkeit der Intensität der intrinsischen Lumineszenz (77K-300K: >3Größenordnungen) im Vergleich zur Defektlumineszenz und der des Er3+ (jeweils ca. 1-1.5 Größenordnungen) legt nahe, dass der Energietransfer über die Defekte stattfindet. Lumineszenz- und Absorptionsmessungen an bordotierten a-Si:H (Er) Filmen zeigen, dass die Er3+ Lumineszenzintensität weder von der Defektdichte, noch von der Ladung der Defekte abhängt. Bei den Lumineszenzspektren beobachtet man einen Einbruch der Defektlumineszenz um 0.84eV, was mit dem ersten angeregten Zustand des Er3+ Ions übereinstimmt, kombiniert mit einer deutlich kleineren Linienbreite der Defektlumineszenz (0.18eV im Vergleich zu >0.3eV im erbiumfreien a-Si:H). Dieses Ergebnis zeigt, das der Energietransfer resonant ist, was von PL Messungen an a-Si(1-x)C(x):H (Er) Filmen unterstützt wird, wo die energetische Lage der Defekte durch Erhöhung des Kohlenstoffgehalts verändert wird. Proben aus verschiedenen Herstellungsarten: Sputtern und Einbau eines organischen erbiumhaltigen Moleküls mittels PECVD Verfahren zeigen identische PL Intensitäten, obwohl EXAFS Messungen zeigen, dass ein großer Teil des organischen Moleküls miteingebaut wird. Dies deutet auf eine relativ hohe Reichweite des Energietransfers hin, was ein deutlicher Widerspruch zum diskutierten Anregungsmodell mittels Auger Anregung ist, welche einen räumlichen Überlapp der Wellenfunktionen von Elektron, dangling bond und Erbium fordert. Als Anregungstransfer wird der resonante Förster Transfer vorgeschlagen, wo die Energie durch Dipol-Dipol Wechselwirkungen übertragen wird, welche eine Reichweite von ca. 50Å besitzt.
Umfang:111 Seiten
DOI:10.17192/z2006.0519