WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 6 Исследование спектра ИК-фотоионизации электронных состояний, создаваемых при пластической деформации, в окрашенных кристаллах NaCl © Е.В. Коровкин Институт физики твердого тела Российской академии наук, 142432 Черноголовка, Московская обл., Россия E-mail: korovkin@issp.ac.ru (Поступила в Редакцию 6 июня 2003 г.

В окончательной редакции 13 октября 2003 г.) Экспериментально исследован спектр ИК-фотопроводимости, возникающей после предварительного освещения образца F-светом, в окрашенных гамма-облучением пластически деформированных монокристаллических образцах NaCl. Удалось выделить основные составляющие этого спектра. Из них наибольший интерес вызывает появляющаяся при пластическом деформировании широкая полоса, начинающаяся при 0.64 eV и простирающаяся до 2.2 eV. Сделано предположение, что эта полоса может быть обусловлена фотоионизацией электронов из дислокационной зоны и связанных с дислокацией более глубоких локализованных состояний.

1. Наряду с интенсивно развивающимися исследова- гда освещение образца светом соответствующей длины ниями электронных свойств дислокаций в полупровод- волны (согласно [14], ИК-светом) должно привести к никах (см., например, [1,2]) значительный интерес пред- их фотоионизации и возможности наблюдения ИК-фотоставляют аналогичные исследования в диэлектриках, в проводимости. Первая попытка такого эксперимента, частности в щелочно-галоидных кристаллах (ЩГК). На- предпринятая нами, привела к обнаружению при гелиечало этим исследованиям положило обнаружение люми- вых температурах мощного сигнала от электронных несценции при деформировании окрашенных ЩГК [3–5]. состояний поляронного типа, исследуемых нами далее Дальнейшие работы позволили установить, что люми- (см. работу [17] и ссылки в ней). Эти исследования несценция возникает и при пластическом деформиро- показали, что при T > 90-100 K поляронные состояния вании образцов, не сопровождающемся разрушением в NaCl исчезают. В то же время, согласно нашим материала. Данный факт послужил основанием для мо- данным, при деформировании в NaCl появляется больдельных представлений, связанных с наличием дислока- шое число дефектов, обладающих дипольным моментом ционного электронного уровня (зоны) [6–13] (см. также и обусловливающих большой сигнал при T > 180 K.

ссылки в [13]). Значительный вклад в эти представле- В работе [18] с учетом этих фактов температура образца ния внесло обнаружение инфракрасного гашения (ИКГ) выбиралась в интервале 110–120 K. Было найдено, что фотопластического эффекта (ФПЭ) в ЩГК [14]. Авторы пластическая деформация окрашенных гамма-облучениэтой работы связали полученный ими спектр ИКГ со ем кристаллов NaCl приводит к появлению в спектре спектром фотоионизации электронов с дислокационно- F-стимулированной ИК-фотопроводимости широкой пого уровня (зоны). Дальнейшие исследования ФПЭ в лосы с двумя отчетливыми максимумами при 0.74 и ЩГК фактически доказали участие „дислокационных“ 0.88 eV. Известно, что при пластической деформации в электронов в формировании ФПЭ в ЩГК и в таких образце создается большое число точечных дефектов и его проявлениях, как ИКГ, эффект последействия и их комплексов, часть из которых способна захватывать фотопластическая память, а также возможность движе- электроны из зоны проводимости и, таким образом, ининия этих электронов вдоль дислокации (т. е. наличие циировать сигнал F-стимулированной ИК-проводимости.

дислокационной электронной зоны в ЩГК) и вместе с Поэтому можно предположить, что наблюдаемая полоса ней [15,16] (см. также ссылки в [16]).

состоит из ряда отдельных пиков (отсюда и наличие двух Одним из возможных методов изучения электронного упомянутых выше максимумов), соответствующих разуровня в окрашенных ЩГК является ИК-фотопрово- ным типам таких электронных ловушек. Близкое полодимость, возникающая после предварительного облуче- жение максимума 0.74 eV к максимуму ИКГ (0.7 eV) [14] ния образца F-светом (F-стимулированная ИК-фотопро- позволяет предположить, что он возникает вследствие водимость). Освобожденные с помощью F-света элек- фотоионизации „дислокационных“ электронов. В настоятроны с F-центров заполняют различные электронные щей работе предпринята попытка разложить спектр ловушки, в том числе и дислокационный уровень. Об- F-стимулированной фотопроводимости пластически денаружение ИКГ ФПЭ при комнатной температуре [16] формированных образцов NaCl на основные составляюсвидетельствует о достаточно большом времени жизни щие с целью выделения и дальнейшего изучения сигна„дислокационных“ электронов при этой температуре и ла, обусловленного фотоионизацией „дислокационных“ об иx стабильности при пониженных температурах. То- электронов. Для этого применялась дополнительная об1014 Е.В. Коровкин работка образца перед каждым конкретным измерением монохроматическим светом (дополнительная монохроматическая обработка — ДМО) той или иной длины волны. Вычитая спектр образца, подверженного ДМО, из спектра того же образца, измеренного без ДМО, получаем спектр только чувствительных к используемой ДМО (эффективно опустошаемых ею) состояний. Варьируя в таких экспериментах длину волны ДМО, можно выяснить, из каких основных составляющих состоит исследуемый спектр.

2. В эксперименте использовались гамма-облученныe до дозы 107 rad образцы NaCl размером 2 2 12 mm, пластически деформированные при комнатной температуре сжатием со скоростью пластической деформации Рис. 2. Спектры фотоионизации состояний, эффективно раз1.8 · 10-5 s-1 до степени деформации 12–14%. Методика рушаемых светом ДМО. Энергия фотонов ДМО, eV: 1 — 0.91, и режим измерений F-стимулированной ИК-фотопрово2 — 0.74, 3 — 1.07 (E1-E3 соответственно), 4 — спектр димости описаны в [18]. Сначала образец освещался фотоионизации состояний, разрушаемых ДМО с энергией светом в диапазоне 450–800 nm (лампа СИ-8, светофиль- фотонов E3 и не разрушаемых ДМО с энергиями фотонов Eи E2.

тры С3С25) в течение 30 s для возбуждения центров, поставляющих электроны в зону проводимости (F-, M- и некоторых других), и одновременного опустошения „нежелательных“ (cм. [18]) ловушек в диапазоне мент, степень деформации образца 12.65%, T = 113 K).

600–800 nm. Затем происходило дальнейшее опустошеСначала был измерен спектр ИК-фотопроводимости без ние этих ловушек в течение 20 s за счет добавления ДМО (кривая 4). Затем подбиралась длительность ДМО к имеющимся светофильтрам светофильтра ОС14 (претак, чтобы сигнал на длине волны, соответствующей кращение дальнейшего возбуждения F- и M-центров).

этой ДМО, уменьшился примерно в 2 раза (необходимое После чего производилась, если это было необходимо, время экспозиции оказалось равным 10 s; такая же дополнительная монохроматическая обработка образца процедура выполнялась при измерении других спектров светом от спектрометра ИКС-21. Затем измерялась с ДМО), и измерялся спектр с ДМО (кривая 1), энергия ИК-фотопроводимость под действием монохроматичефотонов которой была выбрана E1 = 0.91 eV. Затем ского света от того же спектрофотометра. Весь этот был измерен спектр с энергией фотонов ДМО, равной цикл повторялся дважды при различной полярности приE2 = 0.74 eV (кривая 2). Этот спектр с точностью до ложенного к образцу напряжения для предотвращения множителя повторяет предыдущий спектр, в том числе накопления в нем электрической поляризации, после и в интервале между энергиями фотонов обеих ДМО чего можно было переходить к измерениям в другой (E1 и E2), где разница в спектрах, если бы она имелась, точке спектра.

должна была бы проявляться сильнее всего, поэтому при На рис. 1 показаны спектры, полученные в результате E > E1 спектр не измерялся (в этом диапазоне разницы одного из таких экспериментов (контрольный эксперив спектрах тем более быть не должно). Это связано с необходимостью меньше обесцвечивать образец: для получения каждой точки спектра образец засвечивался F-светом два раза по 30 s. Это же определяло и достаточно большой шаг, с которым измерялись все спектры.

Далее был измерен спектр с ДМО, энергия фотонов которой составляет E3 = 1.07 eV (кривая 3).

3. Обработка полученных результатов предполагает вычитание из полного спектра (кривая 4 на рис. 1) последовательно спектров после разных ДМО, что дает с точностью до множителя спектры состояний, разрушаемых этими ДМО, и позволяет сравнивать их между собой. Результат такой обработки представлен на рис. 2. Разность между спектрами 4 и 1 на рис. представлен спектром 1 на рис. 2. Разность между спектрами 4 и 2 на рис. 1, умноженная на 0.9, также Рис. 1. Спектры F-стимулированной ИК-фотопроводимости в показана на рис. 2 (спектр 2). Видно хорошее совпапластически деформированных образцах NaCl c ДМО (1–3) и дение спектров 1 и 2. Разность между спектрами без нее (4). Энергия фотонов ДМО, eV: 1 — 0.91, 2 — 0.74, 3 — 1.07. E1-E3 соответствует указанным значениям энергии. и 3, умноженная на 1.23, представлена спектром 3 на Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Исследование спектра ИК-фотоионизации электронных состояний... рис. 2. В диапазоне между E1 и E2 этот спектр хорошо совпадает со спектрами 1 и 2, но, как видно из рисунка, при E > E1 эти спектры различаются. Разность между ними представлена на этом рисунке спектром 4. Из полученных результатов следует, что в пластически деформированном кристалле NaCl имеются электронные ловушки одного типа, спектр фотоионизации которых представлен кривой 1 на рис. 2. На действие фотонов любой энергии в диапазоне 0.74–1.07 eV этот спектр реагирует как единое целое, т. е. он не может быть разложен далее на составляющие используемым методом.

Кроме того, имеются ловушки, спектр фотоионизации которых представлен спектром 4 на рис. 2. Этот спектр соответствует, по-видимому, низкоэнергетическому хвосту пика, лежащего при E > 1.2 eV, или сумме таких Рис. 3. Выделение из общего спектра ИК-фотопроводимости пиков. Возможно, он обусловлен теми состояниями, (кривая 1) деформированного образца NaCl спектра фотоиокоторые мы не смогли полностью удалить дополни- низации (кривая 3) состояний, не разрушаемых эффективно светом ДМО. 2 — спектр состояний, разрушаемых ДМО.

тельной немонохроматической обработкой („оранжевым светом“, см. [18]). Cравнение спектра 1 на рис. 2 со спектрами работы [18] позволяет сделать вывод, что состояния, ответственные за спектр 1, отсутствуют в сигнал при E = 0.67 eV. Поскольку он не присутствует недеформированных образцах и появляются при их при E > E2, свет любой используемой ДМО не мог его деформировании. Спектр этих состояний продолжается разрушить. Поэтому неудивительно, что ответственные при E > 1.2 eV — в недоступном для аналогичных за этот сигнал состояния оказались в нашем эксперименизмерений на нашей установке диапазоне.

те в числе „неразрушаемых“. Он может быть обусловлен Спектры 1 и 4 на рис. 2 представляют собой спектры любыми ловушками, и не обязательно создаваемыми при электронных состояний, эффективно разрушаемых испластическом деформировании.

пользуемыми ДМО. Если из полного спектра (кривая на рис. 1) исключить спектр этих состояний, то оста- Из рисунка также видно, что сигнал ИК-фотопроводинется спектр состояний, не разрушаемых эффективно мости при E = 0.74 eV практически полностью принадэтими ДМО при длительности импульса света в 10 s. Эти лежит состояниям, появляющимся при деформировании состояния вызывают сигнал ИК-фотопроводимости и, образца и имеющим спектр в виде широкой полосы следовательно, разрушаются ИК-светом, но в то же вре- (спектр 1 на рис. 2, далее „широкий“ спектр), и, таким мя являются „неразрушаемыми“ в нашем эксперименте.

образом, может служить индикатором концентрации Такая ситуация характерна только для F- и M-центров.

этих состояний.

Концентрация их слишком велика, чтобы ее можно было В следующем (втором) эксперименте эта возможзаметно изменить под действием короткого импульса ность была использована для определения границы ИК-света (под действием F-cвета от того же источника „широкого“ спектра в области больших энергий. Длив течение часа интенсивность F-полосы уменьшается на волны ДМО выбиралась в диапазоне 1000–562 nm только на 10–20%). При этом в ИК-диапазон попадают (1.2–2.2 eV, лампа СИ-8, интерференционные фильтры), лишь длинноволновые хвосты спектров этих состояний.

и по величине ИК-фотопроводимости под действием Следует отметить, что импульс света той же интенсивИК-света с энергией фотонов 0.74 eV можно было суности, что и при используемых ДМО, но с длиной волны дить об интенсивности опустошения светом выбранной 475 nm (F-свет) вызывает фотопроводимость по крайней ДМО состояний, обусловливающих „широкий“ спектр, мере на четыре порядка больше, чем наблюдаемая в этих и таким образом определить высокоэнергетический край экспериментах. Таким образом, большая концентрация этого спектра.

этих центров и высокая чувствительность аппаратуры Предполагалось, что он не продолжается далее позволяют наблюдать их фотоионизацию под действием 700–800 nm, в противном случае при разрушении „нежеИК света без заметного уменьшения их концентрации.

лательных“ состояний „оранжевым“ светом разрушаНа рис. 3 представлен полный спектр (кривая лись бы и эти состояния. Однако оказалось, что даже аналогична кривой 4 на рис. 1), спектр состояний, свет 562 nm (2.2 eV) эффективно опустошает эти состоразрушаемых используемыми ДМО (кривая 2 соответяния. На рис. 4 представлена зависимость сигнала от ствует сумме спектров 1 и 4 на рис. 2), и их разность (кривая 3). Как и предполагалось, спектр „неразрушае- длительности этой ДМО для длин волн 1000 и 562 nm.

Видно, что в обоих случаях опустошение происходит мых“ состояний состоит в основном из длинноволновых хвостов состояний, максимумы которых находятся в по экспоненциальному закону, но не до нуля, а до видимой области. Кроме того, имеется дополнительный некоторой величины, разной для различных фильтров.

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 1016 Е.В. Коровкин ширина H спектра фотоионизации H = E(md/mc), где E (1-2)kT — энергетическая ширина полосы заполненных состояний в дислокационной зоне.

Кроме того, в этом случае можно дать другое объяснение результатам второго эксперимента, не требующего продления спектра до 2 eV и далее. В самом деле, с дислокациями могут быть связаны локализованные электронные уровни находящихся вблизи дислокаций дефектов, например фотостопоров, изученных в [15] и имеющих максимум спектра разрушения (за счет фотоионизации) около 620 nm. Тогда выброс электронов под действием света с этих уровней в зону проводимости будет приводить сначала не к уменьшению числа электронов на них, а к снижению числа электронов Рис. 4. Зависимость сигнала ИК-фотопроводимости для энер- в дислокационной зоне, так как потеря электронов гии фотонов 0.74 eV от длительности ДМО с длиной волны дефектами будет тут же компенсироваться за счет 1000 (1) и 562 nm (2). Подгоночные кривые — экспонента дислокационных электронов; и только когда дислокациплюс константа.

Pages:     || 2 |



© 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.