Іонні процеси в радіаційно-забарвлених кристалах галогенідів двовалентних металів - Автореферат

Особливістю класу кристалів ГДМ (кристали, в яких домінують дефекти за Френкелем) є радіаційна стійкість до дії радіації і висока радіаційна чутливість до наявності в кристалах домішкових іонів, що відкриває можливість шляхом легування кристалів підвищувати їх радіаційне забарвлення на два-три порядки порівняно з чистими кристалами. Однак, на відміну від ЛГК, у яких незалежно від температури, при якій опромінюється кристал, основним електронним центром забарвлення виступає F-центр, у кристалах ГДМ структура створених радіацією центрів забарвлення визначається температурою, при якій опромінюється зразок. Зокрема, в області кімнатної температури в кристалах ГДМ, як правило, домінують агрегатні електронні центри забарвлення, локалізовані в околі домішкового іона ((Fn )А-центри), що вказує на вирішальну роль іонних процесів у формуванні структури центрів забарвлення в кристалах ГДМ і робить їх перспективними матеріалами для квантової електроніки та оптичного запису інформації. Вивчити специфіку механізму генерацїї центрів забарвлення в кристалах ГДМ різних кристалографічних структур і роль у цьому процесі власних дефектів кристалічної гратки та легуючих домішок; встановити звязок між ефективністю руйнування радіацією ДВД і їх агрегатів і генерацією центрів забарвлення (ЦЗ), визначити граничні концентрації ЦЗ на стадії насичення забарвлення кристала. Визначити просторову орієнтацію електричних диполів, які відповідають за смуги поглинання ЦЗ, дослідити фотоіндукований дихроїзм у спектрах поглинання ЦЗ (кристали із кубічною структурою) та плеохроїзм (кристали з низькою точковою симетрією) з метою уточнення структури ЦЗ і природи смуг наведеного поглинання.Якщо кристал опромінювати при Т <То (То - температура міграції вільних аніонних вакансій Va ), то в гратці кристала виникають FA-центри (реакція (1)). У результаті іонної релаксації в кристалі генеруються електронейтральні (F2 )А-центри (МА -центри): Va FA ? Va Ме Vao ® Ме (Va )2-? (F2 )А ? МА . За наявності в кристалі термічно стабільних МА -центрів мобільні F-центри локалізуються на них з утворенням RA -центрів: Ме Va Ме Va ;е- Va ® Vao ? F; Зокрема, в кристалах SRCL2-К перетворення проходять за наступною схемою: перша - низькотемпературна стадія FA®МА -перетворень (Т=125?135 К) повязана з наявністю в кристалі зарядово нескомпенсованих домішково-вакансійних центрів (Ме (0)-і Ме (2)-центрів, рис.1). Індуковані Х-радіацією МА ®FA-перетворення проходять внаслідок самореабсорбції а-люмінесценції МА -центрів із наступною фотоіонізацією або термодисоціацією (реакції (12) і (13)).В кристалах флюоритів утворення RA -центрів відбувається при температурах, при яких F-центри стають мобільними та захоплюються МА -центрами: Vao Ме (Va )2-Ме (Va )32-? (F3 )А ? RA .(15)Комплексні дослідження оптичних, електричних і радіаційних властивостей широкого класу кристалів ГДМ (чистих і легованих набором активаторів), які відрізняються між собою просторовою симетрією кристалічної гратки, типом власних дефектів, дозволили вивчити загальні закономірності механізму генерації ЦЗ в кристалах ГДМ, природу ЦЗ, роль іонних процесів у формуванні їх структури і в термо-та фотоіндукованих перетвореннях ЦЗ: Стабільні ЦЗ виникають у кристалі ГДМ у результаті локалізації носіїв заряду на дорадіаційних точкових дефектах. За своєю радіаційною чутливістю чисті кристали ГДМ поділяються на дві групи: кристали, які під дією Х-променів не забарвлюються (флюорити, ВАХ2), і кристали, які легко забаhвлюються Х-променями в області температур 200?300 К (MEFX, BAXY). В кристалах ГДМ, легованих ртутеподібними іонами, носії заряду захоплюються домішковими іонами з утворенням {Мео(1)-Ме2 (1)}-пар. Вперше на кристалах ГДМ зафіксовано утворення двох типів FA(1)-центрів, F?-,FA?, VKD-і (V2-)2А-центрів, уточнено структуру FA(О2-), (F2 )А(О2-) і (F2 )А(Ме )-центрів. Вперше радіаційним шляхом забарвлено кристали ВАХ2, вивчено термоактиваційні та оптичні властивості ЦЗ, визначено їх структуру, дано інтерпретацію природи смуг поглинання FA-і F-центрів забарвлення.

2. Основний зміст роботи

Комплексні дослідження оптичних, електричних і радіаційних властивостей широкого класу кристалів ГДМ (чистих і легованих набором активаторів), які відрізняються між собою просторовою симетрією кристалічної гратки, типом власних дефектів, дозволили вивчити загальні закономірності механізму генерації ЦЗ в кристалах ГДМ, природу ЦЗ, роль іонних процесів у формуванні їх структури і в термо- та фотоіндукованих перетвореннях ЦЗ: Стабільні ЦЗ виникають у кристалі ГДМ у результаті локалізації носіїв заряду на дорадіаційних точкових дефектах.

За своєю радіаційною чутливістю чисті кристали ГДМ поділяються на дві групи: кристали, які під дією Х-променів не забарвлюються (флюорити, ВАХ2), і кристали, які легко забаhвлюються Х-променями в області температур 200?300 К (MEFX, BAXY). В основі такого поділу покладено природу власних точкових дефектів кристалічної гратки, яка визначає концентрацію дорадіаційних аніонних вакансій.

Радіаційну чутливість кристалів ГДМ із точковими дефектами за Френкелем можна підвищити на два-три порядки за величиною шляхом легування кристалів іонами одновалентних металів Ме (Ме =Li , Na , K , Rb , Cs , Tl ) або киснем (О2- -іонами).

Спосіб локалізації електронів і дірок на ДВД залежить від типу домішкового іона. В кристалах, легованих лужними металами, електрони локалізуються на аніонних вакансіях, а дірки - в околі ДВД, утворюючи {FA-VKD}-комплементарні пари. В кристалах ГДМ, легованих ртутеподібними іонами, носії заряду захоплюються домішковими іонами з утворенням {Мео(1)-Ме2 (1)}-пар.

В неопромінених кристалах ГДМ електричні заряди точкових дефектів локально скомпенсовані. Радіація генерує в гратці кристала центри забарвлення, які володіють ефективним електричним зарядом і є просторово розділені. Зворотний перехід до локального способу компенсації електричного заряду в радіаційно забарвлених кристалах ГДМ відбувається шляхом іонної релаксації просторового заряду.

У кристалах ГДМ із точковими дефектами за Шотткі (MEFX i MEXY) радіаційне забарвлення виникає лише при тих температурах, при яких має місце часткова термодисоціація вакансійних комплексів і крива температурної залежності нагромадження ЦЗ відтворює термограму релаксації просторового електричного заряду.

Досліджено та проаналізовано умови виникнення і співіснування електронних ЦЗ у кристалах ГДМ з двома аніонними підгратками (MEFX, ВАХІХІІ, ВАХУ).

Вперше на кристалах ГДМ зафіксовано утворення двох типів FA(1)-центрів, F?-,FA?, VKD- і (V2-)2А-центрів, уточнено структуру FA(О2-), (F2 )А(О2-) і (F2 )А(Ме )-центрів.

Вперше радіаційним шляхом забарвлено кристали ВАХ2, вивчено термоактиваційні та оптичні властивості ЦЗ, визначено їх структуру, дано інтерпретацію природи смуг поглинання FA- і F-центрів забарвлення.

Встановлено, що високий вихід радіолюмінесценції при кімнатній температурі в кристалах ГДМ можуть забезпечити домішки, які створюють глибокі безвакансійні пастки для дірок. Таким умовам задовільняють Eu2 -іони та гомологічні аніони.

Основні результати дисертації опубліковані в працях

Krochuk A.S., Onufriv O.R., Chornyi Z.P. Characteristic properties of the Radiation Colouring Mechanism in MEFX Compounds ( Me = Sr, Ba; X = Cl, Br). // Phys. Stat. Sol. (b). - 1989. - v.154, N1. - Р.K9-K12.

Говор Н.В., Крочук А.С., Чорний З.П. Термоиндуцированные дырочные процессы в кристаллах SRCL2-Ме // ФТТ. - 1993. - т.35, №12. - С.3308-3310.

Лыскович А.Б., Пенцак Г.М., Чорний З.П., Жеребецкий С.К. Оптические и люминесцентные свойства монокристаллов йодистого кальция, активированных оловом и свинцом // Оптика и спектроскопия. - 1970. - т.28,№2. - 302-306.

Белый М.У., Кушниренко И.Я., Чорний З.П., Жеребецкий С.К., Максимович Х.К. Люминесцентные свойства кристаллов CDCL2 и CDBR2 с примесью кислорода. // Изв. АН СССР, сер. физ. - 1974. - т.38, N6. - С.1257-1260.

Лыскович А.Б., Жеребецкий С.К., Пенцак Г.М., Чорний З.П. Исследование центров захвата в кристаллах CDJ2 // Изв. АН СССР, сер. физ. - 1969. - т.33, №6. - С.1029-1030.

Крочук А.С., Чорній З.П., Щур Г.О., Салапак В.М., Говор М.В. Іонні термоструми в радіаційно забарвлених кристалах SRCL2:TLCL // УФЖ. - 1999. - т.44, №11 - С.1428-1433.

Говор М.В., Крочук А.С., Чорній З.П., Щур Г.О. Про силу осциляторів електронних центрів забавлення у кристалах зі структурою флюориту // УФЖ. - 1994. - т.39, №9-10. - С.966-969.

Говор М.В., Крочук А.С., Чорній З.П. Тунельний механізм рекомбінації центрів забарвлення в кристалах SRCL2-Ме // УФЖ. - 1993. - т.38, №9. - С.1315-1320.

Крочук А.С., Чорній З.П., Говор М.В. Міграція VK-центрів у кристалах SRCL2-Ме // УФЖ. - 1992. - т.37, №8. - С.1252-1259.

Крочук А.С., Онуфрив О.Р., Чорний З.П. Механизм рекомбинационных процессов в радиационно-окрашенных кристаллах флюорохлорида бария // УФЖ. - 1989. - т.34, N6. - С.860-862.

Крочук А.С., Онуфрив О.Р., Чорний З.П. Температурная зависимость эффективности образования центров окраски в кристаллах флюорохлорида бария // УФЖ. - 1988. - т.33, N12. - С.1803-1804.

Чорний З.П., Панасюк М.Р., Крочук А.С., Максимович Х.К., Щур Г.А. Влияние фотохимической окраски на термостимулированные токи деполяризации в кристаллах SRCL2-K // УФЖ. - 1982. - т.27, N8. - с.1219-1223.

Ермоленко Г.И., Кушниренко И.Я., Максимович Х.К., Чорний З.П. Температурные исследования параметров колебательных полос примесных ионов SCN- и CNO- в щелочно-галоидных кристаллах // УФЖ. - 1977. - т.22, N7. - с.1104-1110.

Лыскович А.Б., Чорний З.П., Лахоцкий Т.В., Кушнир О.Б. Рекомбинационное взаимодействие центров люминесценции в кристаллах CDBR2(Pb, Mn) и CDCL2(Pb, Mn) // УФЖ. - 1972. - т.17, №10. - С.1625-1632.

Лыскович А.Б., Чорний З.П., Лахоцкий Т.В., Кушнир О.Б., Жеребецкий С.К. Исследование рекомбинационных процесов в кристаллах CDBR2-Pb // УФЖ. - 1972. - т.17. - №8. - С.1306-1311.

Лыскович А.Б., Жеребецкий С.К., Чорний З.П., Пенцак Г.М. Люминесценция кристаллов галоидных соединений кадмия // УФЖ. - 1970. - т.15,№7. - С.1100-1107.

Лыскович А.Б., Жеребецкий С.К., Чорний З.П., Пенцак Г.М. Спектры поглощения кристаллов галоидных соединений кадмия // УФЖ. - 1970. - т.15, №4. - С.604-608.

Лыскович А.Б., Глосковская Н.К., Чорний З.П. Влияние примеси хлора на некоторые оптические и люминесцентные характеристики кристаллов NAJ-Tl // УФЖ. - 1969. - т.14, №9. - С.1458-1462.

Вайданич В.І., Лискович О.Б., Максимович Х.К., Чорній З.П. Люмінесцентні властивості кристалів йодистого барію // УФЖ. - 1968. - т.13, №4. - С.538-542.

Чорній З.П. Реорієнтація та термодисоціяція домішково-вакансійних комплексів у кристалах SRCL2-Ме // Журнал фізичних досліджень. - 1999. - т.3,№4. - С.513-518.

Крочук А.С., Чорній З.П., Щур Г.О., Салапак В.М., Говор М.В.Термоіндуковані перетворення центрів забарвлення в кристалах SRCL2-Tl -Na // Журнал фізичних досліджень. - 1999. - т.3, №2 - С.199-204.

Крочук А.С., Чорній З.П., Щур Г.О., Салапак В.М., Говор М.В. Термоіндуковані перетворення електронних центрів забарвлення в кристалах SRCL2-Tl ,K . // Вісник ЛДУ, сер. фіз. - 1998. - в.30. - С.30-34.

Говор М.В., Крочук А.С., Салапак В.М., Чорній З.П., Щур Г.О. Релаксаційні процеси в фотохімічно забарвлених кристалах SRCL2-Tl // Вісник Львівського університету, сер. фіз. - 1996. - в.28. - С.62-67.

Дубельт С.П., Качан С.І., Цаль М.О., Чорній З.П. FA -центри в кристалах CAF2-О2- // Вісник Львівського університету, сер. фіз. - 1987. - вып.21. - С.19-23.

Дубельт С.П., Кобринович М.С., Цаль М.О., Чорній З.П. Температурна залежність ефективності нагромадження центрів забарвлення в кристалах CAF2-O2- // Вісник Львівського університету, сер.физ. - 1986. - в.20. - С.38-42.

Щур Г.О., Крочук А.С., Панасюк М.Р., Чорній З.П. Дослідження дипольних агрегатів в кристалах SRCL2-M // Вісник Львівсього університету, сер. фіз. - 1983. - вип.17. - С.12-17.

Вайданич В.І., Говор М.В., Крочук А.С., Максимович Х.К., Чорній З.П. Міграція VK- i VKA-центрів і термічне висвічування в кристалах SRCL2-K // Вісник Львівського університету. Сер. фіз. - 1983. - в.17. - С.18-23.

Чорній З.П., Максимович Х.К., Вайданич В.І. Оптичні та люмінесцентні властивості кристалів хлористого барію, активованих свинцем // Вісник Львівського університету, сер. фіз. - 1978. - в.13. - С.45-51.

Лискович О.Б., Пенцак Г.М., Чорній З.П., Жеребецький С.К. Люмінесцентні властивості монокристалів йодистого кальцію з домішкою кадмію та цинку // Вісник Львівського університету, сер. фіз. - 1971. - в.6(14). - С.27-31.

Вайданич В.І., Максимович Х.К., Чорній З.П. Люмінесцентні властивості монокристалів хлористого барію // Вісник Львівського університету, сер. фіз. - 1971. - в.6(14). - с.20-26.

Чорний З.П., Щур Г.А., Качан С.И., Дубельт С.П. Ионные термотоки в радиационно окрашенных кристаллах CAF2 // Изв. вузов., сер. физ. - 1988. - №.6. - С.116-117.

Чорний З.П., Панасюк М.Р., Крочук А.С., Щур Г.А., Максимович Х.К. Исследование реориентации примесно-вакантних диполей в кристаллах SRCL2-Ме // Изв. вузов., сер. физ. - 1984. - №9. - С.106-108.

Чорний З.П., Панасюк М.Р., Крочук А.С., Драган О.П., Максимович Х.К., Щур Г.А. Исследование ионных термотоков в кристаллах SRCL2-K // Изв. вузов., сер. физ. - 1982. - №.9. - С.80-83.

Чорний З.П., Щур Г.А., Качан С.И., Дубельт С.П. Релаксация примесно-вакансионных диполей в легированных кристаллах CAF2 // Физическая электроника. - 1987. - в.35. - С.97-100.

Вайданич В.И., Жеребецкий С.К., Максимович Х.К., Пенцак Г.М., Чорний З.П. Центры окраски в кристаллах SRCL2-Cs // Физическая электроника. - 1986. - в.32. - С.12-15.

Чорний З.П., Щур Г.А., Кобринович М.С., Панасюк М.Р. Исследование эфективности захвата электронов примесно-вакансионными диполями в кристаллах SRCL2-K // Физическая электроника. - 1985. - вып.31. - С.108-111.

Вайданич В.И., Говор Н.В., Крочук А.С., Максимович Х.К., Чорний З.П. Исследование диссоциации VKA-центров в кристаллах SRCL2-M // Физическая электроника. - 1984. - вып.28. - С.94-98.

Щур Г.А., Панасюк М.Р., Чорний З.П., Максимович Х.К., Кульчицкий А.Д. Ионные термотоки в аддитивно окрашенных кристаллах SRCL2-К // Физическая электроника. - 1983. - в.26. - С.85-88.

Жеребецкий С.К., Остапчук Г.К., Пенцак Г.М., Чорний З.П. Люминесценция кристаллов хлористого кальция // Физическая электроника. - 1982. - в.25. - С.53-56.

Вайданич В.И., Драган О.П., Крочук А.С., Максимович Х.К. Панасюк М.Р., Чорний З.П. Исследование рекомбинационной люминесценции в кристаллах SRCL2 // Физическая электроника. - 1981. - в.22. - С.75-78.

Максимович Х.К., Кульчицкий А.Д., Чорний З.П. Исследование центров окраски в кристаллах хлористого стронция, легированных катионами щелочных металлов // Физическая электроника. - 1978. - в.17. - С.74-79.

Пенцак Г.М., Лыскович А.Б., Чорний З.П., Жеребецкий С.К. Влияние кислорода на люминесцентные свойства монокристаллов йодистого кальция // Физическая электроника. - 1974. - N7 - С.79-81.

Пенцак Г.М., Лыскович А.Б., Чорний З.П., Жеребецкий С.К. Оптические и люминесцентные свойства кристаллов CAJ2-Eu // Физическая электроника. - 1974. - в.7. - С.82-84.

Жеребецкий С.К., Лыскович А.Б., Чорний З.П., Пенцак Г.М. Оптические и люминесцентные свойства монокристаллов CDBR2-Sn и CDCL2-Sn // Физическая электроника. - 1972. - в.5. - С.55-57.

Чорний З.П., Максимовыч Х.К., Вайданич В.И. Об автолокализации электронных возбуждений в кристаллах бромистого бария // Физическая электроника. - 1972. - в.5. - С.58-60.

Чорній З.П., Кульчицький А.Д., Салапак В.М., Щур Г.О., Белянінова Н.П., Максимович Х.К. Термоіндуковані перетворення електронних центрів забарвлення в кристалах SRCL2-Eu2 -К . // Наукові записки УАД. - 1999. - в.1. - С.109-113.

Чорній З.П., Кульчицький А.Д., Щур Г.О., Белянінова Н.П., Максимович Х.К. FA-центри в кристалах BAJ2 //Наукові записки УАД. - 2000. - в.2. - С.142-146.

Чорній З.П., Качан С.І., Щур Г.О., Салапак В.М., Дубельт С.П. FA ® МА -перетворення у кристалах CAF2-Ме // Вісник ДУ “Львівська політехніка”. Елементи теорії та прилади твердотільної електроніки. - 2000. - №393. - С.25-28.

Чорній З.П., Щур Г.О., Салапак В.М., Качан С.І. Ефект “радіаційної памяті” в кристалах SRCL2:TLCL // Вісник ДУ “Львівська політехніка”. Теорія і проектування напівпровідникових та радіоелектронних пристроїв. - 1998. - №343. - С.195-201.

Чорній З.П., Щур Г.О., Салапак В.М., Качан С.І. Термодисоціація і агрегація центрів забарвлення в кристалах SRCL2:TLCL // Вісник ДУ “Львівська політехніка”. Теорія і проектування напівпровідникових та радіоелектронних пристроїв. - 1998. - №343. - С.202-209.

Чорній З.П., Качан С.І., Щур Г.О., Салапак В.М. Фотоіндукований дихроїзм МА -смуг поглинання в кристалах CAF2-Ме // Вісник ДУ “Львівська політехніка”. Електроніка. - 1998. - №357. - С.102-112.

Чорній З.П. FA?-центри в кристалах BACL2 // Вісник ДУ “Львівська політехніка”. Електроніка. - 1998. - №357. - С.113-118.

Чорній З.П. Tlo(1)-центри в кристалах BAJ2-Tl // Вісник ДУ “Львівська політехніка”. Елементи теорії та прилади твердотільної електроніки. - 1998. - №362. - С.51-55.

Чорній З.П., Качан С.І., Щур Г.О., Салапак В.М. Термічний відпал МА -центрів у кристалах CAF2-Ме // Вісник ДУ “Львівська політехніка”. Елементи теорії та прилади твердотільної електроніки. - 1998. - №362. - С.87-93.

Дубельт С.П., Чорній З.П., Качан С.І., Лосик М.І. Вплив релаксаційних процесів на центри забарвлення кисневовмісних кристалів флюориту // Вісник ДУ “Львівська політехніка”. Елементи теорії та прилади твердотільної електроніки. - 1998. - №362. - С.13-15.

Чорній З.П., Качан С.І., Щур Г.О., Салапак В.М., Кульчицький А.Д. Термо- і фотоіндуковані перетворення центрів забарвлення в кристалах SRCL2-Ме // Вісник ДУ “Львівська політехніка”. Електроніка. - 2000. - №401. - С.73-78.

Максимович Х.К., Чепелев В.В., Чорний З.П. Спектрометрический сцинтиллятор SRCL2-Eu2 // Авт. свид. СССР N1380461 8 ноября 1987 г.

Размещено на .ru