Дефектна структура, явища переносу, люмінесценція і радіаційні властивості нестехіометричних гетеросистем - Автореферат

В останні роки приділяється значна увага дослідженням впливу дефектів кристалічної структури на фізичні властивості перспективних нестехіометричних напівпровідникових зєднань з метою цілеспрямованої зміни їхніх фізичних властивостей. Його кремнієво-кисневий тетраедр зберігається при переході з кристалічного в аморфний стан. широко використовується в опто-і акустоелектроніці і, незважаючи на значну увагу дослідників до нього, його властивості недостатньо вивчені, особливо не зясовано вплив міжвузловинного кисню на формування фізичних властивостей. Москва), в яких відзначено, що дослідники не приділяють присутності кисню належної уваги. У кращому випадку кисню приписують ту чи іншу смугу в спектрі люмінесценції, не звертаючи уваги на невідповідність своїх результатів з літературними даними або в гіршому випадку взагалі через складність не згадують про кисень. Дисертаційна робота виконувалася відповідно до координаційного плану науково-дослідних робіт кафедри фізики твердого тіла і фізичного матеріалознавства Донецького національного університету “Фізичні процеси на поверхні твердих тіл і тонких плівок, розробка основ і створення аналітичної бази нанотехнологій” (наказ Міністерства освіти України від 31.03.1992, № 68), а також теми “Фундаментальні дослідження в галузі фізики і діагностики поверхні” за програмою № 6.4 Міністерства освіти України 1997 - 1999 рр. “Дослідження адсорбційних, каталітичних і корозійних явищ на поверхні твердих тіл з метою розвитку наукових основ ресурсоощадних технологій”.У підрозділі 1.1 подано огляд публікацій про дефектну структуру і фізичні властивості кварцу, а в підрозділі 1.2 - твердих розчинів . Третій розділ “Результати досліджень впливу дефектів структури на фізичні властивості ”містить шість підрозділів. Дослідження електропровідності кварцу відбувалося при невисоких температурах (293 - 843 К ) і тому нестехіометричний склад був практично заморожений і визначався передісторією зразка, а наявність акцепторної домішки і приводила до зміни концентрації електронів провідності , що відображалося на властивостях кристала . Огляд літературних даних показав, що при наших температурах досліджень внеском іонної складової провідності в напрямку перпендикулярно осі можна знехтувати (підрозділ 3.2). Іонна провідність (підрозділ 3.3) уздовж осі с знаходилася шляхом вирахування електронної складової (ПМР) із загальної електропровідності.Комплексні дослідження практично важливих широкозонних напівпровідникових систем і дозволили встановити визначальну роль власних дефектів, домішкового кисню (основної супутньої домішки) у формуванні фізичних властивостей зазначених зєднань. Результати досліджень можуть бути використані при вивченні та прогнозуванні властивостей інших зєднань з подібною дефектною структурою (кварци, силікати, тверді розчини оксидів, сульфідів і теллуридів). З численних результатів комплексних досліджень зазначених гетеросистем можна зробити такі висновки: Вивчення електронного переносу з урахуванням поляризації кристала і направляючих косинусів для стрибків поляронів показало, що полярони малого радіуса, локалізовані на катіонах кремнію, здійснюють стрибки по однотипних кристалографічних вузлах з енергією активації 0,6 ЕВ, а катіони кремнію одержують електрони від вакансій кисню (енергія активації цього процесу 0,46 ЕВ). Електропровідність кристала уздовж осі с визначається в основному міграцією міжвузловинних іонів , а внеском електронної складової провідності можна знехтувати. Міжвузловинний кисень одержує електрони від вакансій кисню (енергія утворення дорівнює 0,05 ЕВ, а енергія активації стрибка іона становить 0,9 ЕВ).

Основний зміст роботи

Комплексні дослідження практично важливих широкозонних напівпровідникових систем і дозволили встановити визначальну роль власних дефектів, домішкового кисню (основної супутньої домішки) у формуванні фізичних властивостей зазначених зєднань. Отримані результати мають не тільки теоретичне, але й практичне значення тому, що ці зєднання є ключовими. Результати досліджень можуть бути використані при вивченні та прогнозуванні властивостей інших зєднань з подібною дефектною структурою (кварци, силікати, тверді розчини оксидів, сульфідів і теллуридів).

З численних результатів комплексних досліджень зазначених гетеросистем можна зробити такі висновки: Вивчення електронного переносу з урахуванням поляризації кристала і направляючих косинусів для стрибків поляронів показало, що полярони малого радіуса, локалізовані на катіонах кремнію, здійснюють стрибки по однотипних кристалографічних вузлах з енергією активації 0,6 ЕВ, а катіони кремнію одержують електрони від вакансій кисню (енергія активації цього процесу 0,46 ЕВ). Електропровідність кристала перпендикулярно осі с здійснюється за рахунок поляронів малого радіуса.

Електропровідність кристала уздовж осі с визначається в основному міграцією міжвузловинних іонів , а внеском електронної складової провідності можна знехтувати. Міжвузловинний кисень одержує електрони від вакансій кисню (енергія утворення дорівнює 0,05 ЕВ, а енергія активації стрибка іона становить 0,9 ЕВ). Електропровідність кварцу уздовж осі с порівняна з електропровідністю іонних кристалів. Рухливість іонів в інтервалі температур 293 - 833 К оцінена як - .

Визначено внесок міжвузловинного кисню у величину діелектричної проникності кристала . В інтервалі температур 293 - 833 К величина = 12,7 - 5,8 , а для = 1023 - 148.

Вивчення спектрів оптичного поглинання, фото-, іоно- і термолюмінесценції дозволило виявити роль міжвузловинного кисню у формуванні домінуючої смуги люмінесценції при 2,7 ЕВ і смуг, звязаних з міжвузловинним киснем і : (2,7 ЕВ) основна смуга; (4,5 ЕВ ); (2,4 ЕВ ); (3,2 ЕВ ) .

Позитивна роль кисню у формуванні оптичних властивостей твердих розчинів полягає в тому, що домішка , унаслідок своєї більшої електронегативності, виявляє свої акцепторні властивості, що призводить до значного збільшення концентрації вакансій кисню, відповідальних за основну смугу люмінесценції. При цьому концентрація має бути невеликою, щоб не утворювалося частинок оксидів і , в яких концентрація вакансій кисню зменшена в результаті легування менш електронегативною донорною домішкою .

Залежність від кількості кадмія в дозволила оцінити внесок у зменшення ширини забороненої зони параметра нелінійності у вигляді ( к = 0,67 ) .

Запропоновано механізми шести смуг фотолюмінесценції : ; ; ; (домінуюча); ; .

Милославский А.Г., Сунцов А.Н. Дефекты структуры и электронный перенос в //Физика и техника высоких давлений.- 2000.-Т.10, № 1.- С.61-66.

Милославский А.Г., Сунцов А.Н. Ионный и электронный перенос в кварце //Физика и техника высоких давлений. - 2000. - Т.10, № 2. - С. 68 - 71.

Милославский А.Г., Сунцов А.Н. Шесть стадий поляризации //Вісник Донецького університету. Сер.А, Природничі науки. - 2000. - № 1. - С. 60 - 65.

Сунцов А.Н., Милославский А.Г., Петренко А.Г. Дефектная структура, оптические и радиационные свойства твердых растворов . //Вісник Донецького університету. Сер.А, Природничі науки. - 2002. - № 1. - С.272 - 276.

Bazhin A.I., Bordugov V.G., Krivosheyv Y.M., Suntsov A.N. USE OF IONS BOMBARDMENT FOR INVESTIGANION OF LUMINESENCE CENTERS OF LUMINOFORS// IX International Workshop “Ion Beam Surfase Diagnostics”. - Zaporizhzhya, Ukraine. - 2000. - P. 17 - 18.

Бажин А.И., Бордюгов В.Г., Кривошеев Я.М., Сунцов А.Н. Влияние ионной бомбардировки на количество и качество ионных дефектов в люминофорах// Тезисы докладов 2-й международной конференции “Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах. - Россия, Томск. - 2000. - С. 282 - 284.

Бажин А.И., Сунцов А.Н., Кривошеев Я.М., Бордюгов В.Г. Исследование природы центров свечения с помощью ионолюминесценции // Материалы 15 Международной конференции “Взаимодействие ионов с поверхностью”. - Москва. - 2001. - Т.1. - С.445 - 447.Морозова Н. К., Кузнецов В. А. Сульфид цинка. - М. : Наука, 1987. - 200 с.

Гавриленко В. И. , Грехов А.М., Корбутяк Д. В. , Литовченко В. Г. Оптические свойства полупроводников. - Киев : Наук. думка, 1987. - 608 с.

Акустические кристаллы / Под ред. М.П.Шаскольской. - М.: Наука, 1982.- 632 с.

Физика соединений / Под ред. А.Н. Георгобиани, М.К. Шейкмана.- М.: Наука. Гл.ред. физ.-мат. лит.,1986.- 320 с.

5. Фок М.В. Разделение сложных спектров на индивидуальные полосы при помощи обобщенного метода Аленцева // Тр. ФИАН СССР.- 1972.- Т.59.- С. 3 - 24.

Размещено на .ru