Grown, crystal structure and mechanism of photoconductivity of BiOCl single crystals

Abstract

Purpose. Oxyhalides of bismuth BiOX (X = Cl, Br, I) are very interesting materials which find various applications as X-ray luminescent screens, as anti-Stokes converters, photocatalyst, usual luminophors and as photoconductive analyzer of linear polarized radiation in the 0.24–1.2μ spectral region. The great interest for these materials is strongly related to the influence of dimensionality on the beha viour of physical properties (they are 2D structured materials). Bismuth oxyhalides are one of the V–VI–VII group compound semiconductors belonging to the tetragonal system. Methods. The BiOX single crystals were grown by the chemical gas transport reactions method in the closed volume. The lattice parameters of the crystals were determined by X-ray powder diffraction with a Si internal standard (high purity) spectral dependences of the steady-state photocurrent (photoconductivity) were recorded using a LOMO MDR3 monochromator. Low temperatures were obtained by mounting the sample in an UTREKS continuous flow cryostat. The decay time measurements were performed using pulse UV-laser LGI-21. Results. The best bismuth oxyhalide crystals were obtained at the 8-10 Torr pressure of transport agent. The layered structure BiOX can provide the space large enough to polarize the related atoms and orbitals. The induced dipole can separate the hole–electron pair efficiently, enhancing photocatalytic activities. BiOX has an indirect-transition bandgap so that the excited electron has to travel certain k-space distance to be emitted to valence band Conclusions. The optimal temperature region on BiOCl crystals based photodetectors is in the range 80- 400 K. BiOCl single crystals are stable in air, and their parameters do not depend on the environment, which eliminates the need for sealing. The selectivity of BiOCl spectral characteristics make them good radiation detectors of the nitrogen, argon and helium-cadmium lasers, as well as some of the semiconducting light-emitting diodes (LEDs). Therefore, they can be used in optoelectronic circuits in conjunction with these lasers and LEDs.

Монокристаллы оксигалогенидов висмута представляют значительный интерес в различных областях применения: в качестве рентгеновских люминесцентных экранов, анти-стоксовских преобразователей излучения, фотокатализаторов, обыкновенных люминофоров и фотопроводящих анализаторов линейно-поляризованного излучения в спектральном диапазоне 0.24–1.2 микрона. Вышеуказанные материалы являются слоистыми кристаллами с четко выделенным двухмерным проявлением физических свойств (структуированные 2D- материалы). Оксигалогениды висмута относятся к группе V–VI–VII широкозонных полупроводниковых материалов тетрагональной сингонии. Монокристаллы BiOCl обладают четко выраженным слоистым строением за счет комбинации слоев ионов галогена, кислорода и висмута. В данной работе представлены результаты исследования спектров фотопроводимости монокристаллов BiOCl.

Монокристали оксигалогенідів вісмуту становлять значний інтерес в різноманітних галузіх застосування: в якості рентгенівських люмінесцентних екранів, анти-стоксівських перетворювачів випромінювання, фотокаталізаторів, звичайних люмінофорів та фотопровідних аналізаторів лінійно-поляризованого випромінювання в спектральному діапазоні 0.24-1.2 мікрона. Вищевказані матеріали є шаруватими кристалами з чітко вираженим двомірним проявом фізичних властивостей (структуровані 2D- матеріали). Оксигалогеніди вісмуту відносяться до групи V-VI-VII широкозонних напівпровідникових матеріалів тетрагональной сингонії. Монокристали BiOCl мають чітко виражену шарувату будову за рахунок комбінації шарів іонів галогену, кисню й вісмуту. В даній роботі представлені результати дослідження спектрів фотопровідності монокристалів BiOCl.