Динамика фотогенерированных носителей заряда в диоксиде титана, фотоактивном в видимой области спектра(итоговый)

Фундаментальной задачей, на решение которой направлен проект, является изучение динамики (захвата на ловушках, освобождения и рекомбинации) носителей заряда, фотогенерированных в диоксиде титана, фотоактивном в видимой области спектра. Исследования проводились методами стационарной и кинетической спектроскопии диффузного отражения в температурном диапазоне 90 – 720 К в вакууме и газовых средах с использованием камеры-криостата, сконструированной в лаборатории для работы со спектрофотометром Cary 5000 (Agilent Technologies). Рутил TiO2 в виде керамики и полученного из нее порошка, фотоактивный в видимой области спектра, был синтезирован методом высокотемпературного (850 – 875ºС) окисления на воздухе металлического титана с содержанием Ti 99.4 at.%, 99.6 at.%. В ходе облучения синтезированного TiO2 фотогенерированные носители заряда -электроны и дырки - локализуются на электронных и дырочных ловушках, соответственно, с образованием, в частности, оптически активных центров типа Ti3+ (центров окраски). На основании экспериментальных спектров термопрограммируемого отжига Ti3+ центров и численного моделирования определены энергии ионизации ловушек для дырок. На основании спектров поглощения и спектровтермопрограммируемого отжига была предложена зонная схема синтезированного рутила, содержащая энергетические уровни, на которых локализуются носители заряда, фотогенерированные в TiO2 при Т=90 К. В области 3.4 – 1.82 эВ получены спектральные зависимости эффективности фотообразования и разделения на ловушках носителей заряда (спектры действия) в образцах керамики с различным содержанием Al и в порошке. Соответствие спектров поглощения и спектров действия означает, что в полученном TiO2 электроны и дырки образуются по двум различным механизмам поглощения квантов света в твердом теле. В УФ области носители заряда образуются в результате межзонных оптических переходов, ав видимой области - в результате оптической активации дефектов, связанных с кислородными вакансиями. Исследовано фотостимулированное уничтожение фотоиндуцированных Ti3+центров в TiO2. Предложен механизм фотоотжига Ti3+ центров, основанный на локальном нагреве образца за счет энергии, выделяющейся при захвате фотовозбужденного электрона на свободную ловушку с образованием Ti3+ центра.