En ciencia de semiconductores se distinguen tres tipos de fotoluminiscencia, la monomolecular, la metaestable de cuerpos solidos las cuales ocurren...

En ciencia de semiconductores se distinguen tres tipos de fotoluminiscencia, la monomolecular, la metaestable de cuerpos solidos las cuales ocurren cuando la absorção y la radiación de la luz tienen lugar dentro del centro de impureza, y la radiación de recombinación que surge al recombinarse el electrón con el hueco directamente o por el centro de recombinación, que aquí actúa como centro de iluminación, también puede surgir durante la absorção de la luz por excitón. [22, 23]. 3.1.3.7 Luminiscencia de Recombinación de Semiconductores Después del proceso de absorção intrínseca de la luz ya sea por transiciones directas (kmin=kmax), o bien transiciones indirectas (kmin≠kmax), los portadores libres formados (electrón y hueco) se dispersan, dando lugar a que durante el tiempo de relajación el electrón descienda al fondo de la banda de conducción, y el hueco suba al techo de la banda de valencia. La recombinación directa del electrón y del hueco con la radiación del fotón (Figura 3.15, a) es la más probable, si después del proceso de relajación los vectores de onda del electrón y del hueco son iguales (kmin=kmax), en particular tal caso se produce cuando la banda de valencia y la banda de conducción tienen respectivamente máximo y mínimo para k=0, esta recombinación con radiación directa del electrón y del hueco solo tiene lugar en semiconductores muy puros y de estructura cristalina perfecta. Figura 3.15. Diagramas energéticos de recombinación de radiación directa (a) y recombinación con radiación por centros locales de captura (b, c, d). En los semiconductores extrínsecos, donde como impurezas pueden actuar no solo átomos extraños, sino también distinto genero de defectos, dislocaciones, perturbación de la periodicidad cristalina en la superficie del semiconductor, el exceso superestequiométrico de uno de los componentes en el caso de un material semiconductor complejo, juegan un papel importante en los procesos de luminiscencia los centros locales, cuyos niveles de energía caen en la banda prohibida del semiconductor, en tales casos la luminiscencia va especialmente a través de los centros locales de recombinación, los niveles de recombinación electrón - hueco se caracterizan por las secciones eficaces de captura de electrones σn y de huecos σp. Las trampas y los niveles donadores tienen gran probabilidad de captura de electrones de la banda de conducción, sin embargo para estos niveles prácticamente es imposible el intercambio con la banda de valencia, es decir σn >> σp, si el nivel no está ocupado por el electrón, entonces este es una trampa electrónica, si el nivel está ocupado por el electrón, en ese caso es donador. En la Figura 3.15, b; se presenta un modelo donde en el centro de recombinación del nivel de energía puede estar dispuesto cerca de la banda de conducción, estos centros se diferencian de las trampas por la situación algo más profunda de los niveles y el proceso de captura del hueco de la banda de valencia (σn > σp), de acuerdo con estas suposiciones al principio tiene lugar la captura del electrón de la banda de conducción por nivel loca, transición 2, y después se produce la recombinación con radiación del electrón localizado y del hueco de la banda de valencia, transicion3. En la Figura 3.15, c; En este modelo el nivel localizado está dispuesto algo más arriba que la banda de valencia y tiene gran probabilidad de captura del hueco (σp > σn), pero al mismo tiempo tiene una probabilidad notable de captura del electrón de la banda de conducción, la radiación luminiscente surge al recombinarse el electrón libre de la banda de conducción con el hueco capturado por este nivel, transición 3. En la Figura 3.15, d; En este modelo se consideran dos niveles de impureza, el nivel fundamental, dispuesto cerca de la banda de valencia y el nivel excitado, dispuesto algo más abajo que la banda de conducción, en este caso el nivel fundamental tiene gran probabilidad de captura del hueco, y el excitado, gran probabilidad de captura del electrón, después de ambas capturas, transiciones 2 y 3, tiene lugar la transición del electrón del nivel excitado al fundamental, acompañada por la radiación de luz, transición 4 [22, 23]. 3.2 Aspectos Generales de Materiales Nanoestructurados 3.2.1 Nanoestructuras Las nanoestructuras constituyen un puente entre las moléculas y los sistemas macroscópicos individuales; son una nueva clase de materiales en los que por lo menos una de sus dimensiones es menor a 100 nm, las propiedades físicas y químicas de las nanoestructuras son muy diferentes de las moléculas y los materiales macroscópicos que tienen la misma composición química, estas diferencias están relacionadas con la estructura espacial y las formas, con los cambios de fase, las energías, la estructura electrónica, la reactividad química y las propiedades catalíticas de sistemas grandes y finitos, y con sus arreglos. Dentro de las nanoestructuras, las más comunes y más sutilizadas son las nanopartículas, debido a la relativa facilidad con la que se obtienen y a la posibilidad de controlar su tamaño y forma. Una nanopartícula está definida como la unidad más pequeña que aún puede comportarse como una unidad completa en términos de propiedades y transporte, tiene por lo menos, una de sus dimensiones entre 1 y 100 nm, a medida que se aproximan al intervalo de 1 a 10 nm, los efectos de tamaño y superficie se hacen más evidentes, y es posible controlar dichas propiedades selectivamente por la modificación de su tamaño, su morfología y su composición [5, 26, 27, 28]. 3.2.1.1 Efecto de Tamaño La nucleación de nano cristales ha sido uno de los procesos más difíciles de controlarse directamente, sino a través de espectroscopia de cinética rápida. Hasta el momento, la radiolisis de pulso ha sido tal vez la manera más eficaz para la observación directa de la nucleación coloidal, aunque estos estudios han demostrado que los espectros de absorción de todos los núcleos y grupos son fuertemente dependientes del tamaño, el corto tiempo de vida de estas especies ha hecho difícil de relacionar directamente las propiedades espectrales de las especies con su tamaño. Esta información es importante para establecer el régimen de tamaño en que se desarrolla la estructura electrónica de tener un carácter de orbitales moleculares completamente deslocalizados, interpretando en la teoría de banda. En general, la aproximación de masa efectiva es para mantener los tamaños en el radio de Bohr [26, 28, 29]. 3.2.1.2 Efecto de superficie Los átomos en la superficie tienen menos vecinos directos de átomos en el bulk, sin embargo los átomos en el interior del grupo están más altamente coordinados, forman más enlaces y por tanto más estables que los de la superficie de grupo. Los átomos en las esquinas son menos saturados, seguido por el borde, la superficie en el plano y luego los átomos en el interior, por esta razón, los átomos en las esquinas muestran