WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 10 Фотостимулированная проводимость в релаксорах © С.А. Мигачев, М.Ф. Садыков, Р.Ф. Мамин Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского Российской академии наук, 420029 Казань, Россия E-mail: smigach@dionis.kfti.knc.ru, mamin@dionis.kfti.knc.ru (Поступила в Редакцию 15 января 2004 г.) Изучены фотопроводящие свойства и получена спектральная зависимость фотопроводимости в области температуры максимума диэлектрической проницаемости для размытого фазового перехода в магнониобате свинца. Обнаружены фотостимулированные токи, обусловленные эффектом Дембера. На основании полученных данных обсуждается структура плотности состояний дефектных уровней.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 01-0216350).

Среди сегнетоэлектриков одними из наиболее интен- Оптическое пропускание прозрачных электродов измесивно изучаемых продолжают оставаться сегнетоэлек- рялось на спектрофотометре СФ-46 и составляло 0.5 и трики с размытыми фазовыми переходами, называемые более для длин волн падающего излучения 300 nm.

обычно релаксорами [1–9]. Наиболее известными в этом Регистрация фототока осуществлялась с помощью семействе материалов являются соединения магнонио- электрометрического усилителя постоянного тока У5-9.

бата свинца PbMg1/3Nb2/3O3 (PMN) [1–5]. Неугасающий Измерения электропроводности велись с использованиинтерес к этим соединениям обусловлен совокупностью ем усилителя У5-9 и тераомметра Е6-13А. Световое сегнетоэлектрических, пьезоэлектрических и оптиче- облучение производилось от газоразрядных ксеноновых ских свойств, а также возможностью использования этих либо галогенных ламп накаливания с использованием материалов в разнообразных устройствах электронной светосильного монохроматора МДР-12 с трехлинзовым техники. В частности, оптически прозрачные релаксоры кварцевым конденсором на входе. Плотность потока являются прекрасной средой для накопления инфор- излучения на выходе монохроматора оценивалась с мации, индуцированной светом. Это связано с захва- помощью измерителя средней мощности ИМО-2 либо том генерируемых светом носителей заряда локальными болометрического измерителя БКМ-5а и в диапазоне центрами. 350-1000 nm составляла 0.5-7.5 mW/cm2. Развертка Подобные соединения исследуются уже достаточно длины волны светового облучения осуществлялась с давно, тем не менее удовлетворительного понимания постоянными скоростями, которые составляли обычно физических механизмов происходящих в них процессов от 20 до 80 nm/min. Ширина спектра излучения при и однозначной интерпретации наблюдаемых явлений до необходимости также могла варьироваться; большинсих пор нет. Основная проблема связана с определением ство данных было получено при ширине спектра 9.6 nm.

природы релаксорного поведения в области максимума Температура образца в процессе измерений поддердиэлектрической проницаемости. Кроме того, много- живалась постоянной при помощи продувки сухим численные экспериментальные данные [5] указывают газообразным азотом и контролировалась термопарой на неэргодичность поведения низкотемпературной фа- медь-константан с точностью ±0.1K.

зы, т. е. свойства этой фазы зависят от предыстории Исследованы спектральные зависимости фотостимуобразцов. В последнее время определенные успехи до- лированного тока и электропроводности на постоянстигнуты на основе модели, связывающей релаксорное ном токе для различных температур. Исследования поведение с динамикой процессов образования поля- электропроводности на постоянном токе (dc-электроронных состояний в результате локализации зарядов на проводность) магнониобата свинца показали, что при дефектах [6–8]. Поэтому актуальна задача обнаружения температурах T > 300 K проводимость кристаллов иметаких состояний и исследования их свойств. Выяснение ет активационный характер и обусловлена термоактиваэтих вопросов может помочь правильно определить цией носителей с дефектных уровней в зону проводиприроду релаксоров. Для выявления свойств дефектной мости. Энергия активации составляет величину порядка подсистемы в магнониобате свинца в настоящей работе Ua = 0.65 eV — от уровня химического потенциала до проведены измерения спектральной зависимости фото- дна зоны проводимости. На спектральной зависимости проводимости и фотостимулированного тока. фотопроводимости обнаружен ярко выраженный максиИзмерения проводились на образце PMN размером мум фототока при энергии фотонов 2.85 eV. На рис. 6.2 4.5 0.65 mm. Для регистрации фототока на оп- приведена спектральная зависимость фотостимулировантически обработанные поверхности образца размером ного тока, наблюдавшаяся в наших экспериментах при 6.2 4.5 mm, ориентированные в плоскости [110], были комнатной температуре в синей и ультрафиолетовой нанесены прозрачные электроды размером 4.5 4.5 mm. областях спектра для различных направлений изме1846 С.А. Мигачев, М.Ф. Садыков, Р.Ф. Мамин течет в обратном направлении, т. е. против направления приложенного поля. При выключении напряжения фотостимулированный ток с максимумом при 330 nm не меняется ни по величине, ни по направлению. Все это означает, что фотостимулированный ток, обусловленный эффектом Дембера, много больше обычного тока фотопроводимости в этой области спектра фотовозбуждений.

В связи с тем, что в работе [4] свет подавался через боковую грань, т. е. перпендикулярно направлению внешнего поля, в этих экспериментах такой режим тока наблюдаться не мог. Скорее всего, в [4] наблюдали обычный максимум фототока в этой области спектра, связанный с забросом носителей заряда из валентной Рис. 1. Спектральная зависимость фотостимулированного зоны в зону проводимости. В этом случае ток должен тока для монокристаллов магнониобата свинца при комнатной пропадать при выключении напряжения.

температуре. E, V/cm: 1 — 140, 2 —0.

Механизм эффекта Дембера схематически показан на рис. 2. Он связан с возникновением пространственного распределения возбужденных носителей заряда f (x) (на рисунке это распределение представлено кривыми нения длины волны падающего излучения. Кривые для двух значений длин волн) вдоль образца в спектральсоответствуют условиям эксперимента с приложением ной области сильного поглощения света. В нашем слупостоянного внешнего электрического поля, кривые чае картина усложняется: особенность экспериментальполучены в отсутствие поля. На рис. 1 также привеной ситуации связана с тем, что фототок протекает не дены зависимости для противоположного направления просто вследствие возникновения распределения f (x) развертки длины волны, начиная с = 200 nm. Харакносителей вдоль образца, а в связи с изменением этого терный пик в спектре с максимумом 435 nm (2.85 eV) распределения при изменении длины волны света. На соответствует пику плотности состояний дефектных основании совокупности спектроскопических данных и уровней, расположенному ниже дна зоны проводимости.

данных по фотопроводимости можно сделать вывод, что Сходная спектральная зависимость фототока наблюдаимеется достаточно широкое распределение плотности лась в работе [4] для ориентации кристалла [100];

состояний дефектных уровней по энергиям вблизи дна в нашем случае фототок и свет распространяются в зоны проводимости. Это означает возможность участия направлении [110]. Следует отметить также, что велиэтих состояний в формировании размытого фазового чина фототока с максимумом вблизи 435 nm пропорперехода в релаксорах [10].

циональна прикладываемому внешнему напряжению на Рис. 3 иллюстрирует характер воздействия на спектэлектродах и меняет знак при изменении его направлеральные зависимости фототока длительного облучения ния. Величина и направление фототока, обусловленного светом, соответствующим максимуму полосы фотопросветовым облучением УФ-части диапазона (кривые 2), водимости в видимой области (435 nm), при прилозависят как от направления изменения длины волны, женном напряжении смещения 100 V. При этом запитак и от скорости развертки. Из кривых фототока, сывалось фотоэлектретное состояние [4]. Длительность зарегистрированных для двух (различающихся в 5 раз) облучения выбиралась такой, чтобы эффект достигал скоростей, видно, что при уменьшении скорости разнасыщения. Кривые, полученные до облучения (кривертки величина фотостимулированного тока в полосе с максимумом при 330 nm существенно уменьшается, а фототок в полосе с максимумом при 435 nm остается неизменным. Пик в спектре с максимумом при 330 nm соответствует фотостимулированному току, возникающему при непосредственном забросе носителей заряда из валентной зоны в зону проводимости (ширина запрещенной зоны в PMN составляет 3.4 eV).

В нашем случае он обусловлен продольным эффектом Дембера, возникающим в спектральной области сильного поглощения света, так как образец освещался через прозрачные электроды. Направление этого тока зависит от направления изменения длины волны (увеличивается она или уменьшается в процессе регистрации). Величина Рис. 2. Схематическое изображение эффекта Дембера. Критока зависит от скорости изменения длины волны. При выми показано распределение возбужденных носителей заряувеличении длины волны фотостимулированный ток да f (x) вдоль образца для двух различных длин волн.

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Фотостимулированная проводимость в релаксорах Исследовалась также температурная зависимость фототока. Результаты представлены на рис. 4, где приведена максимальная величина фототока (для = 435 nm) в зависимости от обратной температуры. Сплошная линия соответствует закону Аррениуса с энергией активации U1 = 0.23 eV. Отметим также, что фототок при освещении в УФ-части спектра при температурах 270-370 K не обнаруживает температурной зависимости в пределах погрешности эксперимента. На рис. 5, a, b показана кинетика изменения фотостимулированного тока (полученного при отключенном источнике напряжения) при включении и выключении облучения различной длины волны. Экспозиция во всех случаях составляла 600 s.

Последовательность измерений в эксперименте была следующей: сначала записывалась кинетика при ступенРис. 3. Спектральные зависимости фототока. 1 —исходная чатом уменьшении длины волны с шагом 5 nm от зависимость до облучения в поле, 2 — после длительного до 300 nm (рис. 5, a), а затем при увеличении длины облучения светом с длиной волны 435 nm при приложенном волны с тем же шагом от 300 до 360 nm (рис. 5, b). На внешнем поле 100 V. Обе кривые регистрировались при отсутрис. 6 показаны аналогичные изменения кинетики фотоствии внешнего напряжения.

тока при включенном внешнем напряжении 9 V. В этом случае длительность экспозиции выбиралась из соображений выхода процесса на стационарные условия. Данные исследования динамики фотостимулированного тока показали, что не только величина, но и направление тока зависит от предыстории образца: от условий облучения светом различного спектрального состава, длительности облучения и наличия внешнего электрического поля при Рис. 4. Температурная зависимость фототока.

вая 1) и после облучения с внешним напряжением смещения 100 V (кривая 2), регистрировались при отсутствии внешнего напряжения. В этих условиях максимальное значение фототока (на рис. 3 это минимум, находящийся за границами нижнего края рисунка) достигало величины 12 · 10-12 A. Нагревание образца до температур 400-450 K с последующим выдерживанием при этих температурах в течение 30 min и остывание до комнатной температуры в течение часа приводили к полному исчезновению возникающего дополнительно фототока. Облучение кристалла светом с длиной волны вблизи 435 nm при отсутствии напряжения смещения также приводило к постепенному уменьшению наведенного фототока. Фототок, обусловленный продольным Рис. 5. Динамика изменения фототока при включении и эффектом Дембера, присутствует и для полосы 435 nm.

выключении облучения для различных длин волн света в Это следует из рис. 3, где он обусловливает некоторое зависимости от предыстории. a — уменьшение длины волны, увеличение фототока вблизи = 435 nm (кривая 1). b — увеличение длины волны.

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 1848 С.А. Мигачев, М.Ф. Садыков, Р.Ф. Мамин энергетический интервал от дна зоны проводимости до уровня химического потенциала в нашем образце. На основании изложенного выше можно сделать вывод, что дефектные уровни заполнены менее чем наполовину (рис. 7).

Таким образом, проведены исследования спектральных зависимостей фотопроводимости и фотостимулированного тока как при наличии, так и в отсутствии внешнего напряжения на монокристаллах магнониобата свинца PbMg1/3Nb2/3O3. Показано, что фотостимулированный ток, не зависящий от величины и направления внешнего напряжения, обусловлен эффектом Дембера.

Рис. 6. Динамика изменения фототока при включении и Динамика фотостимулированного тока по величине и выключении облучения при постоянном напряжении смещенаправлению зависит от предыстории облучения светом ния 9 V для различных длин волн света.

различного спектрального состава. На основании полученных данных выявлена возможная картина плотности состояний дефектных уровней.

Список литературы [1] Г.А. Смоленский, В.А. Исупов, А.И. Аграновская, С.Н. Попов. ФТТ 2, 10, 2906 (1960).

[2] L.E. Cross. Ferroelectrics 76, 241 (1987).

[3] A.E. Glazounov, A.K. Tagantsev. Phys. Rev. Lett. 85, (2000).

[4] В.А. Трепаков, Н.Н. Крайник, А.В. Олифир. ФТТ 18, 4, 1751 (1976).

[5] E.V. Colla, E.Yu. Koroleva, N.M. Okuneva, S.B. Vakhrushev.

Phys. Rev. Lett. 74, 1681 (1995).

Рис. 7. Схема плотности состояний дефектных уровней.

[6] Р.Ф. Мамин. Письма в ЖЭТФ 58, 7, 534 (1993).

[7] V.S. Vikhnin, R. Blinc, R. Pirc, S.E. Kapphan, I.L. Kislova, P.A. Markovin. Ferroelectrics 268, 257 (2002).

[8] Р.Ф. Мамин. ФТТ 43, 7, 1262 (2001).

облучении. Сложность картины кинетических процессов [9] A.E. Krumin, U.I. Ilyin, V.I. Dimza. Ferroelectrics 22, при включении-выключении освещения свидетельствует (1978).

об участии в них двух видов фотовозбужденных носите- [10] Р.Ф. Мамин. Изв. РАН. Сер. физ. 67, 8, 1157 (2003).

лей, различающихся по величине подвижности. Однако для более детальных выводов необходимо проведение комплексных исследований свойств носителей обоих типов.

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.