Экспериментальные установки для исследования термолюминесценции твердых тел. Количественный анализ примесей в анионодефектном оксиде алюминия. Термовысвечивание кристаллов анионодефектного оксида алюминия после облучения при различных температурах.
Аннотация к работе
Исследуемый широкозонный оксид алюминия ?-Al2O3имеет ширину запрещенной зоны 9,4 ЭВ и является материалом, имеющим большое значение в современных технологиях. К настоящему времени существует большое количество твердых фаз, таких как аморфный оксид и гидроксид алюминия, кристаллический оксид и гидроксид алюминия, также оксид алюминия, содержащий малое количество щелочноземельных оксидов. Данная полоса поглощения появляется и при бомбардировке кристалла частицами (электронами, нейтронами и ионами) с энергиями, достаточными для смещения решеточных ионов [3]. Устойчивая ?-фаза оксида алюминия в природе может встречаться в виде монокристаллов корунда или сапфира. Кроме полос поглощения, образованных термами междоузельных ионов, в кристаллах оксида алюминия возможны полосы, аналогичные "D" полосам в активированных щелочно-галлоидных кристаллах - полосы экситонного поглощения, возмущенные междоузельными ионами [2-5].Объектами исследований являлись образцы номинально чистых анионодефектных монокристаллов a-Al2O3, выращенных методом направленной кристаллизации (способ Степанова) в восстановительных условиях, обусловленных присутствием графита. Исследования процесса термолюминесценции проводились на экспериментальной установке (установка 1), которая обеспечивает реализацию трех разновидностей ТАС: в режиме линейного нагрева, в режиме изотермической выдержки и в режиме ФТВ. Реализация больших скоростей нагрева (5-20ОС/с) дает возможность изучать особенности ТЛ в режимах, используемых в практической термолюминесцентной дозиметрии. Прямонакальный нагревательный элемент, на который помещается образец, представляет собой пластинку из никелевой фольги толщиной 0.3 мм и обладает малой инерционностью, что позволяет реализовать необходимые режимы изменения температуры образца. Экспериментальная установка имеет следующие основные технические характеристики: температурный диапазон регистрации ТЛ, ОС 30 - 650 диапазон изменения скоростей линейного нагрева, ОС/с 0.1 - 20 шаг задания скорости, ОС/с 0.1 отклонение от линейности нагрева, % не более 3 амплитуда колебаний температуры в изотермическом режиме, ОС ±1 тип фотоэлектронного умножителя ФЭУ-130 область спектральной чувствительности, нм 200-650 максимум спектральной чувствительности, нм 400-420 диапазон регулирования напряжения ФЭУ, В 1000-1600 диапазон измеряемых анодных токов ФЭУ, А 10-11-10-6 погрешность измерения температуры образца, ОС ±2 погрешность определения величины средней энергии активации при ФТВ, ЭВ ±0.1Физической причиной подобной ситуации является высокая радиационная стойкость кристаллов оксида алюминия, которая, практически исключает образование радиационных дефектов структуры при облучении рентгеновскими или гамма лучами и приводит только к перераспределению электронов и дырок между различными собственными и примесными дефектами, созданными в кристалле в процессе роста и дальнейшей обработки. После облучения кристалла ?-Al2O3рентгеновским излучением дозой 19.8 Гр при 80 К в температурном интервале 80-500 К в полосе 420 нм (F-центров) наблюдаются четыре пика ТЛ: 225, 260, 323 и 450 К (рисунок 2.1), что совпадает с известными литературными данными [2-5]. Свечение при 225 К наблюдается в ультрафиолете (310 нм), в то время как пик при 260 К демонстрирует синее свечение (420 нм), что свидетельствует о различном механизме ТЛ в этих пиках [5, 8]. Пик при 260 К является следствием термического освобождения из ловушек электронов, которые захватываются F центрами с образованием возбужденного F-центра. На рисунке 2.2 приведены зависимости интенсивности ТЛ пика при 350 К от времени выдержки при комнатной температуре после облучения для пяти образцов с различной концентрацией мелких ловушек.Изучена методика исследования мелких центров захвата в кристаллах анионодефектного оксида алюминия. Спектры РЛ подтвердили, что кроме полос свечения F и F - центров в исследуемых кристаллах присутствуют полосы с максимумами при 290, 310, 550 и 720 нм, связанные с примесными центрами. С использованием различных методов ТАС установлено, что ТЛ с максимумом при 350 К, обусловлена моноэнергетической ловушкой, а кинетика ТЛ имеет первый порядок. Нестационарные процессы и эффекты электрического поля в люминесценции кристаллов ?-Al2O3:С :Дис. ... канд. физ.-мат. наук. Способ обработки вещества твердотельного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия.