WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 6 Размножение электронных возбуждений в кристаллах AgCl © Б.П. Адуев, Э.Д. Алукер, Б.А. Сечкарев, Е.В. Тупицин, В.М. Фомченко, В.Н. Швайко Кемеровский государственный университет, 650043 Кемерово, Россия E-mail: lira@kemsu.ru (Поступила в Редакцию 19 сентября 2002 г.) Исследовалась кинетика импульсной проводимости монокристаллов хлорида серебра при возбуждении тормозным рентгеновским излучением пикосекундной длительности в интервале температур 12-300 K.

Обнаружено, что наблюдаемая в эксперименте концентрация электронов проводимости примерно в 2 раза превосходит концентрацию электронно-дырочных пар, создаваемых возбуждающим импульсом. Этот факт связан с цепным размножением зонных носителей заряда.

В нашей предыдущей работе [1] исследована кинети- В качестве источника возбуждения использовался ка импульсной проводимости монокристаллов AgBr в ускоритель электронов ГИН-540 с разрядником-обостриинтервале температур 30-300 K при возбуждении им- телем и анодом из алюминиевой фольги толщипульсами тормозного рентгеновского излучения от уско- ной 0.9 mm, которая полностью поглощала электронный пучок. Длительность импульса 50 ps, максимальная рителя электронов. В [1] были обнаружены аномалии энергия электронов 200 keV. Использование в качев импульсной проводимости AgBr, резко отличающие стве анода алюминиевой фольги связано с тем, что нам ее от импульсной проводимости классических ионных не удалось довести толщину образца до d < 50 µmдля кристаллов [2–4].

обеспечения однородности возбуждения электронным 1) Проводимость AgBr при пикосекундном возбуждепучком. Поэтому возбуждение осуществлялось тормознии нарастает в течение 3 ns после окончания возбужданым излучением, генерируемым при полном поглощеющего импульса.

нии электронов алюминиевым анодом.

2) Амплитуда импульса проводимости AgBr значиИмпульс тока проводимости, возникающий в образце тельно (по крайней мере на два порядка) превышает ампод воздействием тормозного рентгеновского излучеплитуду импульсов проводимости классических ионных ния, регистрировался осциллографом С7-19. Функциокристаллов в аналогичных условиях.

нальная схема измерительной установки подробно опи3) Сопоставление импульсной проводимости при писана в [1]. Временное разрешение методики измерения косекундном возбуждении с данными дозиметрических составляет величину 150 ps. Измерения проводились в измерений показало, что число электронов, регистрируеинтервале температур 12-300 K. Для определения помых по проводимости, превышает число электронов, соглощенной дозы в образце за импульс возбуждения исздаваемых в образце возбуждающим импульсом, почти пользовались термолюминесцентные дозиметры ТЛД-К на порядок.

на основе SiO2. Методика расчета поглощенной дозы в Анализ обнаруженных аномалий показывает, что образце приведена в [1].

в AgBr идет неизвестный ранее процесс размножения Погрешность измерений амплитуды импульсов тока электронных возбуждений, характерная длительность проводимости не хуже ±10%, погрешность дозиметрикоторого составляет 10-9 s.

ческих измерений равна ±20%.

В настоящей работе проведено исследование импульсной проводимости монокристаллов AgCl, который также используется в фотографии, с целью выяснения того, 2. Экспериментальные результаты являются ли аномалии, обнаруженные в [1], специфиТипичная осциллограмма импульса тока проводимоческими для AgBr или они имеют общий характер для сти при 300 K приведена на рис. 1. Обращает на себя галогенидов серебра.

внимание то, что в AgCl, как и в AgBr [1], наблюдается инерционное нарастание ( 2ns) импульса тока прово1. Объекты и методика димости, более чем на порядок превышающее временное разрешение тракта регистрации (0.15 ps). Эта закономерОбъектом исследования служил монокристалл AgCl, ность сохраняется в интервале температур 12-300 K.

выращенный методом Стокбаргера из сырья марки ОСЧ, Амплитуда импульса тока проводимости в одинаковых предварительно очищенного зонной плавкой (50 прохо- условиях эксперимента в 5 раз ниже, чем в AgBr, однако дов). Исследуемые образцы вырезались из монокристал- по крайней мере на порядок превышает таковую для ла и шлифовкой доводились до толщины 100-130 µm. щелочно-галоидных кристаллов и -Al2O3 [1–4].

Электроды наносились методом проявления, позволя- Вольт-амперные характеристики (ВАХ) линейны, ющим получить на поверхности образца однородную симметричны и не имеют каких-либо особенностей. По пленку серебра. наклону ВАХ рассчитывалось сопротивление образцов Размножение электронных возбуждений в кристаллах AgCl полных и пустых ловушек соответственно, которые связаны следующим соотношением [5]:

q1/q2 = 2; (3) Nc = 2(2mkT /h2)3/2 — эффективная плотность состояний вблизи дна зоны проводимости; эффективная масса электрона m = 0.3m0 [5], поэтому величина Nc может быть представлена следующим выражением:

3/Nc = 7.9 · 1014T. (4) Холловская подвижность в интервале T > 40 K аппроксимировалась выражением [6] µh = 30 e280/T - 1 cm2/V · s. (5) Рис. 1. Осциллограмма импульса тока проводимости для Сплошная кривая на рис. 2 рассчитана по формуле (1) кристалла AgCl при 300 K. Развертка 10 (a) и 2.5 ns/div (b).

с учетом(2)-(5) при следующих значениях параметров:

Штриховая линия — импульс возбуждения.

E = 0.02 eV, N = 6.9 · 1016 cm-3, масштабный коэффициент дает значение n = 2.6 · 1016 cm-3. Из рис. 2 видно, что совпадение с экспериментом хорошее. Энергия активации E для центров прилипания совпадает с полученной в [5] в экспериментах по определению дрейфовой подвижности в AgCl с помощью времяпролетной методики. Природа центров прилипания не установлена.

Предполагается, что они связаны с механическими дефектами, вносимыми при обработке образцов [5].

Следующая серия экспериментов проводилась при фиксированной температуре T = 300 K и варьировании плотности возбуждения, которое достигалось путем изменения расстояния между диодом ускорителя и обРис. 2. Зависимость амплитуды проводимости от температуры разцом. Эксперимент был построен следующим обрадля кристалла AgCl. Точки — экспериментальные данные, зом. При фиксированном расстоянии между диодом и сплошная кривая — расчет по формуле (1) с учетом (2)-(5).

образцом измерялась проводимость кристалла. Использовалось усредненное значение по десяти импульсам.

Далее на место образца устанавливались дозиметры и и с учетом их геометрических размеров определялась проводились измерение и расчет поглощенной дозы в величина радиационно-стимулированной проводимости в максимуме импульса тока проводимости. образце D по методике, подробно описанной в [1]. ИзРассчитанная таким образом зависимость амплитуды мерялось усредненное значение по десяти дозиметрам.

проводимости (T ), представленная на рис. 2, имеет немонотонный характер с максимумом при T = 70 K.

Обработка данных рис. 2 производилась по формуле = neµd, (1) где n — концентрация электронов проводимости, создаваемая рентгеновским импульсом; e — заряд электрона;

µd — дрейфовая подвижность. Характер температурной зависимости проводимости свидетельствует о наличии центров прилипания для электронов. В этом случае дрейфовая подвижность отличается от холловской µh и связана с ней выражением [5] µd = µh q1 N, (2) 1 + eE/kT q2 Nc где E — энергетическое расстояние от ловушки до Рис. 3. Зависимость амплитуды проводимости от плотности дна зоны проводимости; q1, q2 — статистические веса поглощенной дозы для кристалла AgCl.

4 Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 1012 Б.П. Адуев, Э.Д. Алукер, Б.А. Сечкарев, Е.В. Тупицин, В.М. Фомченко, В.Н. Швайко Таким образом, обнаруженные аномалии в импульсной проводимости галогенидов серебра свидетельствуют о наличии в этих системах процессов размножения электронных возбуждений, отличающегося от хорошо известного размножения за счет ударной ионизации, широко используемого в технике регистрации ядерных излучений (характерная длительность обнаруженного процесса 10-9 s, характерная длительность процесРис. 4. Зависимость коэффициента размножения свободных сов за счет ударной ионизации < 10-12 s). Возможно, носителей заряда от плотности поглощенной дозы для кричто обнаруженное размножение носит цепной характер, сталла AgCl.

аналогичный наблюдаемому ранее в азидах тяжелых металлов [8,9].

Отметим также, что количественное различие эффекПлотность поглощенной дозы в образце рассчитывалась та размножения электронных возбуждений для AgBr по формуле и AgCl находится в качественном согласии с различной W = D, (6) фотографической чувствительностью этих материалов.

где = 5.56 g/cm3 — плотность для AgCl. Полученная Последнее свидетельствует в пользу того, что обнаэкспериментальная зависимость представлена на рис. 3.

руженный эффект связан с высоким выходом центров скрытого изображения и высокой фотографической чув3. Обсуждение результатов ствительностью галогенидов серебра.

Как видно из представленных результатов, в AgCl Список литературы наблюдаются аномалии, аналогичные обнаруженным в AgBr [1]: 1) нарастание импульса тока проводимости в [1] Б.П. Адуев, Э.Д. Алукер, Н.Л. Алукер, Г.М. Белокуров, течение 2 ns после окончания импульса возбуждения;

В.М. Фомченко, В.Н. Швайко. ЖНиПФ 45, 3, 59 (2000).

2) аномально высокая амплитуда импульса проводи[2] Б.П. Адуев, В.Н. Швайко. ФТТ 41, 7, 1200 (1999).

мости (хотя этот эффект выражен менее ярко, чем [3] Б.П. Адуев, Э.Д. Алукер, В.М. Фомченко, В.Н. Швайко.

в AgCl [1]).

ФТТ 43, 7, 1185 (2001).

Как указывалось в [1] и в начале данной работы, эти [4] Б.П. Адуев, Э.Д. Алукер, В.Н. Швайко. ФТТ 39, 11, результаты позволяют предположить наличие размноже(1997).

ния электронных возбуждений после окончания рент[5] R. van Heyningen. Phys. Rev. 128, 5, 2112 (1962).

геновского импульса. Представленные в предыдущем [6] П.В. Мейкляр. Физические процессы при образоваразделе экспериментальные данные позволяют рассчи- нии скрытого фотографического изображения. Наука, М.

тать коэффициент размножения свободных носителей (1972). 399 с.

заряда, который можно представить в виде [7] Э. Фюнфер, Г. Нейерт. Счетчики излучений. Гос. изд-во лит.

в обл. атомной науки и техники, М. (1961). 404 с.

n =, (7) [8] Б.П. Адуев, Э.Д. Алукер, Г.М. Белокуров, Ю.А. Захаров, ng А.Г. Кречетов. ЖЭТФ 116, 5 (11), 1676 (1999).

где n — концентрация электронов, участвующих в [9] B.P. Aduev, E.D. Aluker, V.I. Krasheninin, A.G. Krechetov, проводимости, которую можно рассчитать по изме- A.Yu. Mitrofanov. J. Appl. Phys. 89, 7, 4156 (2001).

реннной и формулам (1)-(5); ng — концентрация электронно-дырочных пар, генерируемых импульсом возбуждения, которая обычно описывается выражением W ng =, (8) где W — плотность энергии поглощенного излучения (см. (6) и рис. 3), — средняя энергия создания электронно-дырочной пары. При оценке последней величины для AgCl мы приняли экспериментальное значение = 7.6 eV/pair [7].

Результаты расчета с использованием данных рис. представлены на рис. 4 и дают величину = 1.93 ± 0.08.

Таким образом, мы как и в случае с AgBr, приходим к следующему выводу: наблюдаемая в эксперименте концентрация электронов проводимости примерно в 2 раза превосходит концентрацию, создаваемую возбуждающим импульсом, хотя этот эффект выражен менее ярко, чем в AgBr [1].

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.