Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Spektroskopia Ramana i dynamika sieci krystalicznej kryształów GaN:Mn

Gębicki W.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Fizyka

|

2011

|

z. 56

3-117

PL

W pracy przedstawiono i porównano widma rozpraszania Ramana z modelami dynamiki sieci krystalicznej kryształów GaN oraz GaN:Mn. Ponieważ kryształy GaN:Mn są materiałami o potencjalnych zastosowaniach w spinotronice, przedstawiono krótki przegląd materiałów spinotronicznych. Zostały przedyskutowane dwa modele dynamiki sieci krystalicznej badanych kryształów. Jako pierwszy został przedyskutowany uproszczony model sztywnych jonów dynamiki sieci krystalicznej kryształów Ga:N. Następnie przedstawiono model oparty na teorii funkcjonału gęstości (DFT) dla kryształów GaN:Mn. Obliczono krzywe dyspersji fononów oraz gęstość stanów fononowych. Wyznaczono ładunki efektywne jonów tworzących kryształ i omówiono otrzymane wyniki. Przedstawiono kilka modeli rozpraszania ramanowskiego, jak model potencjału deformacyjnego oraz indukowany obecnością domieszki model Fröhlicha. Widma rozpraszania Ramana kryształów GaN:Mn otrzymane metodą resublimacji zostały zbadane doświadczalnie. Znaleziono nowe pasma ramanowskie około 300 cm-1 oraz 667 cm-1 podobnie jak szeroką strukturę około 600 cm-1. Pasma te nie są widoczne w kryształach GaN. Zmierzono zależności temperaturowe ważniejszych pasm ramanowskich. Wyniki przedyskutowano i porównano z obliczeniami modelowymi. Korzystając z tych zależności udowodniono, że nowe piki mają naturę fononową. Gęstość stanów fononowych GaN i GaN:Mn została porównana z obserwowanymi eksperymentalnie pasmami ramanowskimi. Zauważono dobrą zgodność położeń maksimów fononowej gęstości stanów oraz nowych pików ramanowskich zarówno dla modelu sztywnych jonów dynamiki sieci krystalicznej kryształów GaN, jak i dla modelu dynamiki sieci krystalicznej kryształu GaN:Mn opartego na teorii funkcjonału gęstości. Pokazano, że za nowe pasma ramanowskie w obszarze widmowym podłużnych fononów optycznych są odpowiedzialne głównie drgania atomów azotu. Drgania atomów Mn są maskowane przez silne pasmo sieciowe GaN. Nowe pasma ramanowskie zostały przypisane pasmom fononowym aktywowanym nieporządkiem. Badania zależności polaryzacyjnej pozwoliły na określenie symetrii pasm z obszaru widmowego podłużnych fononów optycznych GaN:Mn. Pokazano, że zależności polaryzacyjne są identyczne dla wszystkich plików i są typowe dla pasm o symetrii A1. Wyliczonymi symetriami długofalowych fononów z tego obszaru widmowego są A1 i E1. Ta niezgodność obliczeń modelowych i wyników doświadczalnych sugeruje ramanowskie rozpraszanie rezonansowe Fröhlicha indukowane obecnością domieszki. Wynik ten został potwierdzony przez pomiar zależności widma ramanowskiego od długości fali światła pobudzającego. Zasugerowano naturę stanu pośredniego rezonansowego rozpraszania ramanowskiego.

EN

Raman scattering spectra of GaN:Mn presented for the first time in our previous papers are presented and compared with the models of lattice dynamics of GaN and GaN:Mn crystals. As the GaN:Mn crystal is potential spintronic material a short review of spintronic materials is given. Two models of lattice dynamics of the crystals are discussed. First, a simplified rigid ion model of GaN based on experimental data is presented. Next the density functional theory (DFT) based model of lattice dynamics is discussed abd the results of the DFT calculations applied to hexagonal GaN:Mn are shown. Phonon dispersion curves and density of photon states are obtained. The effective charges of ions forming the crystal are calculated and discussed. A few models of Raman scattering such as deformation potential model and impurity-induced Fröhlich model are presented and discussed. Raman spectra of GaN:Mn crystals grown by the resublimation method have been investigated experimentally. New Raman bands around 300 and 667 cm-1, as well as a broad structure near 600 cm-1, not observed in undoped GaN are found. The temperature dependence of major Raman bands is measured. The results are discussed and compared with model calculations. On the basis of temperature dependence of the new Raman peaks phonon nature of the peaks is proved. The phonon density of states of GaN and GaN:Mn are compared with the observed experimental Raman bands. Good agreement of the phonon density of states maxima and the new Raman peaks are observed both for the rigid ion model of GaN lattice dynamics and the model based on density functional theory of GaN:Mn lattice dynamics. It is shown that nitrogen vibrations are mainly responsible for the new Raman bands observed at the longitudinal optical phonon spectral region. The Mn vibrations are masked by the strong GaN lattice bands. The new Raman peaks are assigned to disorder-activated phonon models. Investigation of the polarization dependence of Raman intensities enables the determination of symetries of the phonon bands from the spectral region of longitudinal optical phonons characteristic for GaN:Mn system. It is shown that the polarization dependence of the Raman spectra is identical for all these peaks and is characteristic of the bands of A1 asymmetry. The symmetries of the calculated long wavelength phonons are E1 and A1. The inconsistency of the experimental results and the results of model calculations suggest an impurity-induced Fröhlich type resonance Raman scattering. This result is supported by the measured dependence of the Raman spectra on excitation laser line. An intermediate energy level of resonance Raman scattering is suggested.

2

Otrzymywanie monokryształów azotku galu o wysokiej czystości dla potrzeb mikro- i optoelektroniki

Kamler G., Skrzek A., Strojek B., Weisbrod G., Podsiadło S., Adamowicz L., Gębicki W., Strzałkowski I.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Materiałowa

|

2000

|

z. 12

129-136

PL

Przeprowadzono syntezę monokryształów azotku galu w wyniku reakcji par galu z amoniakiem. W reakcjach prowadzonych w zakresie temperatury 850-1150°C otrzymano monokryształy GaN w postaci igieł, pryzm oraz płytek o rozmiarach do 1,5 x 1 xO,1 mm. W reakcji galu z amoniakiem w zakresie temperatury 1000-1200°C otrzymano proszek azotku galu. Proszek ten był substratem do otrzymywania monokryształów GaN w postaci igieł, pryzm oraz płytek o maksymalnych rozmiarach 3,5x2,5x0,2 mm. Otrzymane monokryształy badano metodami rentgenowskimi, modelując strukturę oraz wykonując mapy refleksów i krzywe odbić. Ponadto prowadzono badania metodami spektroskopii ramanowskiej oraz mierzono przewodnictwo elektryczne. Stwierdzono, że otrzymane monokryształy i proszki mają dobrze wykształconą strukturę krystaliczną. Na wybranych monokryształach nanoszono homoepitaksjalne warstwy GaN o grubości kilkudziesięciu mikrometrów. Przeprowadzono badania nad wpływem wielkości uziarnienia na sublimację GaN. Stwierdzono, że w wyniku poddania sublimacji monokryształów o wymiarach 50-500 mikrometrów otrzymuje się monokryształy GaN o znacznie lepszej jakości niż w wyniku sublimacji proszku o wielkości kryształów rzędu pojedynczych mikrometrów.

EN

Single crystals of gallium nitride have been synthesised in a reaction of gallium vapours with ammonia. The crystals take a form of needles, prisms and platelets up to 1.5x1x0.1 mm at the temperature range of 850-1150 C. Gallium nitride has been obtained from gallium and ammonia at temperatures of 1000-1200 C. The powder was used as a source material for subsequent growing of GaN single crystals in forms of needles, prisms or platelets of maximum dimensions 3.5x 2.5x0.2mm. The single crystals were characterised by X-ray methods. Raman spectroscopy and conductivity measurements. The influence of grain size on the GaN sublimation process has been investigated. Sublimation of 50-500 um GaN crystals leads to crystals of siginficantly better quality than those obtained from crystalline powder by the same technological procedure.

3

Rozkład naprężeń wewnętrznych w mikrowarstwowych kompozytach ceramicznych

Tomaszewski H., Strzeszewski J., Gębicki W.

Materiały Elektroniczne

|

1998

|

T. 26, nr 2

36-54

PL

Mikrowarstwowe kompozyty zawierające warstwy Y-ZrO2 i Al2O3 lub mieszaninę AI2O3 i ZrO2 wytwarzano metodą kolejnego odwirowywania wodnych zawiesin proszków. Przeprowadzono testy kontrolowanego rozwoju spękań belek kompozytowych z karbem. Stwierdzono wyraźny wpływ grubości warstwy barierowej i jej składu na charakter rozwoju pęknięć w tych materiałach. Zaobserwowano wzrost wielkości kąta odchylenia pęknięcia ze wzrostem grubości warstwy zbudowanej z tlenku glinu. W przypadku warstw zbudowanych z mieszaniny, niezależnie od grubości warstwy nie występowało odchylenie spękania. Obserwowane zmiany skorelowano z rozkładem naprężeń wewnętrznych w warstwach barierowych. pojawiających się podczas studzenia od temperatury spiekania do temperatury pokojowej, w wyniku różnicy współczynników rozszerzalności cieplnej ZrO2, i Al2O3, krystalograficznej anizotropii termicznej A12O3 i różnicy skurczliwości wypalania materiałów składowych warstw. Rozkład naprężeń wewnętrznych mierzono metodą spektroskopową w oparciu o fluorescencje jonów Cr+3 będących naturalną domieszką tlenku glinu.

EN

Laminar composites, containing layers of Y-ZrO2 and either Al2O3 or a mixture of A12O3 and Y-ZrO2 have been fabricated using a sequential centrifuging technique of water solutions containing suspended particles. Controlled crack growth experiments with notched beams of composites were done and showed the significant effect of barrier layer thickness and composition on crack propagation path during fracture. Distinct crack deflection in alumina layers was observed. The increase of crack deflection angle with the alumina layer thickness was also found. In the case of the barrier layer made of a mixture, crack deflection did not occur independently on layer thickness. The observed changes have been correlated with the radial distribution of residual stresses in barrier layers created during cooling of sintered composites from fabrication temperature. The stresses found were the result of the differences in the thermal expansion and sintering shrinkage of alumina and zirconia and the crystallographically anisotropic thermal expansion of the alumina. The residual stress distribution has been measured by piezo-spectroscopy based on the optical fluorescence of Cr+3 dopants in alumina.