Введение к работе
Актуальность темы. Среди соединений AnBVI ZnS и ZnSe занимают важное место. Эти материалы используются как эффективные фото-, электро-, катодолюминофоры и благодаря этому нашли применение при тго-товлении экранов электронно-лучевых трубок, детекторов ионизирующего и ПК - излучений, приборов для визуализации длинноволнового излучения. Квантовый выход люминесценции в лучших люминофорах на основе ZnS близок к 100%. Высокая чувствительность ZnS позволяет разрабатывать на его основе фотосопротивления для коротковолнового света. Наличие прямых зон обусловливает высокую эффективность излучательной рекомбинации электронов и дырок, а также генерации электронно-дырочных пар при поглощенип коротковолнового света, что открьшает возможности для их применения в качестве активных элементов полупроводниковых лазеров. Широкое распространение получили сцннтилляторы на основе ZnS-Ag. ZnS может использоваться в качестве рабочего вещества детекторов ионизирующих излучений, представляющих собой твердотельные ионизационные камеры. Благодаря большой ширине запрещенной зоны возможна работа таких детекторов при комнатной температуре.
Важным разделом физики твердого тела является радиационная физика полупроводников A"BVI. Многочисленные исследования в этой области отечественных и зарубежных авторов позволили установить некоторые закономерности образования радиационных дефектов в ZnS , ZnSe, однако отдельные вопросы остаются открытыми. В частности, до сих пор отсутствует падежная идентификация и определение основных параметров простейших радиационных дефектов типа компонент френкелевских пар в подрешетках металла и металлоида, а также более сложных комплексов. Приборы, разработанные на основе ZnS, ZnSe ввиду высокой радиационной стойкости этих материалов, могут быть использованы для работы в
полях ионизирующих излучений. Поэтому вопросы, связанные с влиянием исходных свойств ZnS и ZnSe на радиационное дефектообразование, особенности поведения радиационных дефектов и радиационную стойкость, очень актуальны. Одним из аспектов этой проблемы является влияние межзеренных границ (МЗГ) поликристаллов на радиационно- стимулированные процессы в халькогенидах цинка.
Новейшие технологии выращивания позволяют получать массивные поликристаллические образцы, сравнимые по электронно-оптическим свойствам с монокристаллами и обладающие повышенными механическими параметрами, кислото- и радиационной стойкостью. Это расширяет область применения данных материалов в оптоэлектронике. Наличие межзеренных границ позволяет рассматривать поликристалл в качестве гетеро-структуры, содержащей переходы типа барьеров Шоттки. Эти свойства используются для создания элементов микроэлектроники с высокой степенью ннтегральности.
Использование поликристаллов ZnS, ZnSe в оптоэлектронике, радиотехнике вызывает насущную потребность изучения процессов переноса заряда через МЗГ. Современная теория переноса заряда в поликристаллах, разработанная Дощановым К.М., объединяет модели термоэлектронной эмиссии и диффузионную, при этом учитывается влияние поля на концентрацию свободных носителей в объеме зерна. Влияние глубоких уровнен на процесс переноса заряда считается незначительным. Используемая теория позволяет определить ряд параметров неоднородного потенциального рельефа, создаваемого МЗГ, и выявить причины, определяющие нелинейные свойства поликристаллов. Наличие остаточной проводимости (ОПр), длинновременных релаксаций проводимости (ДРП), нелинейных вольт-амперных характеристик (ВАХ) в поликристаллах ZnS, ZnSe с глубокими уровнями затрудняет использование обобщенной модели переноса заряда через МЗГ при наличии поля и при фотовозбуждении.
Этим определилась цель выполненной работы.
Цель работы состояла в исследовании механизмов переноса заряда и рекомбинационных процессов в поликристаллах халькогенидов цинка. Для конкретизации цели поставлены следующие задачи:
- изучение влияния поля на рекомбинационные процессы в поликристал
лических сульфиде и селениде цинка;
- изучение влияния электрического постоянного поля на фото- тер-
мостимулированный перенос в поликристаллических сульфиде и селе
ниде цинка;
- влияние высокотемпературной обработки давлением, отжига в парах
цинка на процессы переноса и рекомбинации в поликристаллах ZnS,
ZnSe;
- изучение фото- и термостимулнрованного переноса в поликрнсталли-
. ческих сульфиде и селениде цинка с F- центрами.
- исследование влияния МЗГ на процессы радиационного дефектообра-
зования в поликристаллах при облучении электронами с энер
гией 5 МэВ;
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту
Изучено влияние МЗГ на процессы радиационного дефектообразования в поликристаллах ZnS и ZnSe.
Обосновано наличие фототермической ионизации возбужденного F+-центра при 80К, а также детализирован характер электронных переходов, связанных с парами Френкеля в селениде цинка.
Исследовано влияние постоянного электрического поля на процессы переноса в поликристаллах ZnS и ZnSe.
Изучено влияние постоянного электрического поля, отжига в парах цинка, интенсивности фотовозбуждения и высокотемпературной обработки давлением на рекомбинационные процессы в поликристаллах халькогенидов цинка.
@
Для монокристаллов ZnS, облученных электронами, установлено повышенное окрашивание в полосах оптического поглощения (ОП) F+- центров, а также большая скорость формирования полос под действием ультрафиолетового света по сравнению с поликристаллами.
Особенности ДРП, наблюдаемые в поликристаллах ZnSe, обработанных давлением 100-500 МПа в условиях повышенной температуры, обусловлены как структурными изменениями, так и появлением точечных дефектов, изменяющих кинетику релаксационных процессов.
Практическая ценность работы
1.Результаты исследования ДРП п ее зависимости от величины приложенного поля, наличия собственных дефектов и величины удельной поверхности кристаллитов могут быть использованы при разработке устройств памяти, видиконов, детекторов ионизирующих излучений, элементов силовой оптики.
2. Результаты изучения влияния МЗГ на процессы радиационного дефектообразования в халькогеніїдах цинка могут быть использованы для прогнозирования изменений оптоэлектронных свойств поликристаллов в полях ионизирующих излучений.
3. Облучение быстрыми электронами в вакууме, отжиг в парах металла и обработка давлением при высоких температурах могут быть использованы для направленного и стабильного изменения свойств поликристаллов ZnS, ZnSe.
Автор защищает:
экспериментальные данные по кинетике формирования полос ОП F+-центров в моно- и поликристаллах ZnS;
результаты исследования оптического и индуцированного оптического поглощения, кинетики формирования и обесцвечивания полос ОП центров F- типа в облученном электронами поликристаллпческом ZnS:
модель термостимулированного и фотостимулированного процессов переноса в ZnSe , облученном электронами, механизм взаимного преобразования F и F+ - центров;
результаты исследования влияния поля и интенсивности фотовозбуждения (ФВ) на соотношение рекомбинационного (Ерск) и дрейфового (Едр) барьеров в поликристаллах халькогенидов цинка;
- экспериментальные результаты исследований фотопроводимости
(ФП) и индуцированной фотопроводимости (ИФП) поликристаллов ZnSc ,
а также ВАХ и "гистерезисных" явлений;
экспериментальные результаты по перезарядке электронных ловушек при воздействии постоянным электрическим полем и ФВ в поликристаллах халькогенидов цинка;
результаты исследования влияния обработки давлением при высоких температурах на процессы переноса и рекомбинации в поликристаллах ZnSe.
Апробация работы
Основные результаты представлялись на 9-й Международной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов (Томск, 1996), на Уральском совещании по сцинтилляторам и их применению (SCIXTMAT 96), г. Екатеринбург, докладывались на республиканских конференциях: Биолого- химические и физико-технические методы и средства в современных научных исследованиях; проблемы, достижения и перспективы развития ФТТ (г. Кустанай, 1995, 1996 г.г.)
Публикации!!. По материалам диссертации опубликовано 10 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения , пяти глав , заключения и библиографического списка из 129 наименований. Работа содержит 136 страниц, в том числе 96 страниц основного текста, 4 таблицы и 38 рисунков.