WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

На основании имеющихся экспериментальных данДырки, рождающиеся в процессе облучения ЩГК ных [12,13] можно сделать вывод о том, что уровни ионизирующим излучением (при 300 K), захватываются, Ag+- и Cu+-центров в кристаллах KCl удалены сооткак отмечалось выше, на мелкие оптически неактивные ветственно на 2 и 1.7 eV от вершины валентной ловушки, X-центры [1], и активаторные Me+-центры. Изменяя концентрацию активатора и дозу облучения, можно направленным образом варьировать концентрацию X+- и Me+-центров. При освещении окрашенного кристалла F-светом F-электроны, рекомбинируя с дырками, локализованными на оптически активных Me+-центрах, возбуждают активаторное свечение + Me++ + e (Me+) Me + hMe. (5) Деформация кристаллов KCl, KBr, NaCl и KI, легированных Me+ (Ag+, Cu+, Tl+, In+)-ионами при 300 K приводит к увеличению интенсивности активаторного свечения (Ja), стимулированного F-светом. Вначале Ja быстро увеличивается с ростом деформации, а затем, при 2.5%, достигает насыщения. Этот процесс, названный нами деформационной сенсибилизацией (ДС), имеет дислокационную природу и протекает в два этапа [11].

Рис. 4. Температурные зависимости числа рожденных при На первом этапе дислокации захватывают дырки (p) деформации Me++-центров в легированных кристаллах KCl, из оптически неактивных, мелких дырочных ловушек облученных -квантами (доза 2 105 rad). 1 — кристалл X+-центров (обозначим их P+), а затем переносят их KCl–In, 2 —KCl–Tl.

Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. Дислокационная спектроскопия кристаллов Пластическая деформация приводит к существенному изменению вида спектра: уменьшается интенсивность полосы с max = 300 nm, соответствующей внутрицентровому свечению Tl+-центров и увеличивается интенсивность полосы с max = 400 nm, за которую ответственны Cu+-центры. Эволюция спектра протекает монотонно и полностью завершается при деформации 10%.

Описанный процесс перераспределения интенсивностей полос FЛ в кристаллах KCl–Cu–Tl наблюдается в исследованной области температур от 100 до 300 K.

При определенных соотношениях между концентрациями активаторных Tl+- и Cu+-центров число Tl++центров, уничтоженных в процессе деформации (nTl), в пределах ошибки 10% равно числу рожденных Cu++центров (nCu). Это обстоятельствоо свидетельствует о том, что перенос дырок дислокациями осуществляется от Tl++- к Cu+-центрам. Равенство nCu =nTl сохраняется в области исследованных температур 100–300 K.

Отсутствие зависимости процесса ДС от температуры в кристаллах KCl–Cu–Tl свидетельствует о том, что и первый, и второй этапы ДС (6) не требуют температурной активации. Иными словами, на каждом этапе дырки Рис. 5. Изменение спектра F-стимулированной люминес”всплывают” в запрещенной зоне — и при переходе ценции кристаллов KCl–Cu–Tl при пластической деформации.

дырки от Tl++-центра в дырочную дислокационную зону, Кристаллы облучались на источнике -квантов Co60, доза и при переходе дырок из ДДЗ на Cu+-центры.

2 105 rad, T = 300 K. 1 — недеформированный кристалл, 2,3 — после деформации 3 и 8% соответственно. Таким образом, эксперименты, проведенные на кристаллах KCl–Cu–Tl, подтверждают сделанные выше выводы о положении дырочной дислокационной зоны в зонной схеме кристалла (рис. 2).

зоны. Хотя точное положение уровня таллия в зонной схеме кристалла неизвестно, из анализа приведенных в работах [14] данных можно сделать вывод о том, что он 5. Эффективный радиус удален на 1.5-1.7 eV от вершины валентной зоны.

взаимодействия дислокаций Значит, дырочная дислокационная зона расположена на с дырочными центрами 1.6 eV выше потолка валентной зоны в кристалле KCl.

Если эти утверждения верны, то, вводя в кристалл Если предположить, что дислокации распределены два активатора (a1 и a2), уровень одного из которых равномерно по кристаллу, то объем, из которого дисрасположен выше, а другого ниже ДДЗ, можно ожидать локации захватывают дырки (p), равен p = Srp (где при пластической деформации переноса дырок с нижrp — эффективный радиус взаимодействия дислокации с него (a1) на верхний (a2) уровень. Описанный процесс дырочными центрами). Принимая во внимание соотнодолжен проявляться в уменьшении интенсивности a1шение (3), получим полосы и возрастании интенсивности a2-полосы в спектре стимулированной F-светом люминесценции (FЛ).

rp =pb/2. (7) Для практической реализации такого эксперимента необходимо также отсутствие перекрытия полос FЛ 5. 1. Взаимодействие дислокаций с X+, активаторов a1 и a2. Указанным условиям удовлетвоTl++, Cu++- ц е н т р а м и. Как отмечалось выше, в ряют активаторы Tl+ и Cu+ в кристаллах KCl [15].

ЩГК, легированных одним активатором (Cu, Ag, Tl Исследование таких образцов подтвердило высказанные и In), наблюдается увеличение числа Me++-центров в выше предположения. При деформации кристаллов KCl– результате переноса дислокациями дырок от мелких X+Cu–Tl обнаружено уменьшение числа Tl++-центров и к Me+-центрам. Процесс ДС завершается для исследоувеличение концентрации Cu+-ионов.

ванных кристаллов при = 0 2.5-3.0%. При В спектре FЛ исходного образца (рис. 5) наблюдаются дальнейшей деформации не наблюдается увеличения чидве полосы с максимумами при 300 и 400 nm. Они со- сла Me++-центров. Это свидетельствует о том, что при впадают со спектрами внутрицентровой люминесценции 0 дислокации захватывают дырки, локализованные на Tl+- и Cu+-центров соответственно. Значит, наблюдае- X+-центрах, содержащихся во всем объеме образца и мое свечение описывается схемой (5). p =.

Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 2144 С.З. Шмурак Из соотношения (7) можно определить значение эффективного радиуса взаимодействия дислокаций с X+-центрами rX (20-16)b.

Постоянство 0 (в пределах точности эксперимента) для кристаллов, содержащих активаторы, уровни которых расположены как выше (Cu, Ag), так и ниже (Tl или In) дырочной дислокационной зоны, свидетельствует о том, что только процесс взаимодействия дислокаций с X+-центрами определяет кинетику дислокационной сенсибилизации в кристаллах, легированных одним из перечисленных выше активаторов. Это обстоятельство является дополнительным подтверждением того, что методика определения эффективного радиуса взаимодействия дислокаций с X+-центрами действительно верна.

Следует отметить, что деформация (0), при которой Рис. 6. Влияние пластической деформации на стимулированстимулированная F-светом активаторная люминесценное F-светом свечение автолокализованных экситонов в криция достигает насыщения, для исследованных нами кристаллах KI, облученных -квантами при 77 K, доза облучения сталлов, легированных одним активатором, не зависит 2 105 rad. 1 —исходный образец, 2 — после деформации 4% от температуры в исследованном нами интервале T от при 77 K.

77 до 300 K. Значит, и rX не зависит от T.

Из соотношения (7) также можно определить эффективный радиус взаимодействия дислокаций с При 77 K VK-центры неподвижны. Выше TV VK-центры Tl++-центрами (rTl). Процесс переноса дислокациями разрушаются и дырки захватываются другими ловушдырок от Tl++- к Cu+-центрам завершается при 0 8%, ками (например, Me+-центрами), либо рекомбинируют поэтому rTl 6b. Поскольку значение 0 для обсуждаес электронами, локализованными на электронных ломого процесса не зависит от T, то и rTl, также как и rX, вушках. Несмотря на то что VK-центры привлекают постоянен в интервале температур 77–300 K.

внимание многих исследователей, положение VK-центра Определенный описанным выше способом эффекв зонной схеме кристалла до настоящего времени точно тивный радиус взаимодействия дислокаций с X+- и не известно.

Tl++-центрами является нижней оценкой истиных знаО количестве VK-центров в кристалле можно судить чений rX и rTl, так как rX и rT1 получены, как указыпо интенсивности полосы F-стимулированной люминесвалось, в предположении, что дислокации распределены ценции, соответствующей свечению автолокализованных по кристаллу равномерно. Это предположение, вообще экситонов. Это процесс описывается известной схемой говоря, не отражает реальную ситуацию, возникающую при деформации кристалла.

e + VK h.

Следует обратить внимание на то, что эффективный радиус взаимодействия дислокаций с дырочными X+- и К сожалению, в наиболее исследованных нами кристаллах KCl свечение автолокализованных экситонов Tl++-центрами примерно в 16 и 6 раз соответственно больше, чем с электронными F-центрами (rF b). Это наблюдается лишь при T < 20 K [17]. Процесс взаикажется естественным, так как процесс захвата элек- модействия дислокаций с VK-центрами мы исследовали в кристаллах KBr, KI и NaCl. Спектр стимулированного тронов дислокациями из F-центров является термически F-светом свечения автолокализованных экситонов при активируемым, в то время как захват дырок из X+- и 77 K в окрашенных при той же температуре кристаллах Tl++-центров не требует активации.

5. 2. Взаимодействие дислокаций с VK- KI в соответствии с литературными данными [18,19] содержит две полосы (1 = 300 nm, 2 = 370 nm) ц е н т р а м и. В ЩГК при температурах, ниже указанных в табл. 4, происходит автолокализация дырок в регуляр- (рис. 6). Для кристаллов KBr аналогичная спектральная зависимость имеет одну полосу с max = 281 nm [18] ной решетке кристалла с образованием VK-центра [16].

(рис. 7). Пластическая деформация приводит к существенному изменению спектральных характеристик Таблица 4. Температура, при которой VK-центры становятся F-стимулированной люминесценции. В кристаллах KI подвижными (TV ), и энергия активации прыжковой диффузии наблюдается синхронное уменьшение интенсивностей VK-центров (EV ) обеих полос FЛ с увеличением степени деформации (рис. 6). В легированных образцах наряду с падением Кристалл KCl KBr KI NaCl экситонной люминесценции наблюдается значительный TV, K 170 140 90 рост активаторного свечения, например, свечения ионов EV, eV 0.53 – 0.28 – Cu (max = 395 nm) в KBr–Cu (рис. 7).

Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. Дислокационная спектроскопия кристаллов Эффективный радиус взаимодействия дислокаций с VK-центрами (rV ) легко определить из соотношения (7).

Как следует из рис. 6 и 7, при = 4% объем, из которого дислокации захватывают дырки, локализованные на VK-центрах в кристаллах KI и KBr–Cu, составляет p = 0.5; поэтому из (7) получаем: rV = 6b.

После того как определено положение дырочной дислокационной зоны в зонной схеме кристалла, можно, исследуя взаимодействие дислокаций с дырочными центрами, решать обратную задачу: определять положение дырочных центров в энергетической схеме кристалла.

Как отмечалось, число рожденных In++-центров (NIn) в кристаллах KCl–In экспоненциально уменьшается при понижении T, т. е. процесс ДС в этих образцах является термически активируемым NIn = N0 exp(-UP/kT ), где Рис. 7. То же, что и на рис. 6 для кристалла KBr–Cu.

N0 —константа, UP — энергия активации. Поскольку Пунктир — разложение кривой 2 на составляющие.

UP в KCl–In равна 0.045 ± 0.02 eV, то уровень In расположен на 0.045 eV ниже дырочной дислокационной зоны.

В исследованных нами кристаллах Kl и KBr–Cu наУсиление активаторной люминесценции свидетельблюдается разрушение VK-центров в результате перехода ствует о том, что пластическая деформация при 77 K дырки с VK-центров в дырочную дислокационную зону.

окрашенных при той же температуре кристаллов, как и Это, согласно развитым выше представлениям, свидеоблученных, так и деформируемых при 300 K образцов, тельствует о том, что уровень VK-центра расположен приводит к увеличению концентрации Me++-ионов. Дырниже ДДЗ в зонной схеме кристалла. В свою очередь ки, принимающие участие в процессе деформационной ДДЗ расположена ниже уровня Cu+ в KBr.

сенсибилизации, захватываются дислокациями из VKСледует отметить, что энергетическое положение центров, о чем свидетельствует падение интенсивности уровней Me+- и Me++-центров различно. Скорее всего, экситонной люминесценции при деформировании криуровень Me++ расположен ниже Me+ в зонной схесталла. Это уменьшение не является следствием возможме кристалла. Если при изменении положения уровня ного изменения квантового выхода экситонной люминесцентра при перезарядке движущимися дислокациями ценции, так как пластическая деформация контрольного его расположение относительно дырочной дислокациобразца до облучения не изменяет интенсивности FЛ.

онной зоны остается неизменным (всегда выше или Разрушение VK-центров может происходить также в ниже ДДЗ), то изменение положения уровня центра результате рекомбинации на них электронов, освобожпри его перезарядке никак не проявится в процессе дающихся при деформации образца. Однако оценка числа ДС. Для исследуемых нами примесей Tl, In, Cu, Ag уничтоженных в результате этого процесса VK-центров, перезарядка, скорее всего, не изменяет расположение полученная на основании анализа интенсивности региуровней относительно ДДЗ. Действительно, уровни стрируемой люминесценции, на 1–2 порядка меньше, Tl++ и Tl+, In++ и In+ расположены ниже ДДЗ (Tl+ чем общее число VK-центров, разрушенных при деформаи In+, как показано выше, на 0.06 и 0.045 Ev соотции. Описанные процессы деформационной сенсибиливетственно). Если бы уровни Ag++ или Cu++ были зации осуществляются при температурах как больших, ниже ДДЗ, то деформация, при которой наблюдается так и меньших температуры автолокализации дырок насыщение процесса ДС (0) в области температур (табл. 4), поэтому движение дырок от VK- к Me+-центрам 77-300 K, зависела бы от T и значения 0 для крив облученных при 77 K образцах, как и в окрашенных сталлов, легированных Ag или Cu, были бы различны при 300 K кристаллах, осуществляется путем переноса при разных T. Независимость 0 от температуры и их движущимися дислокациями.

равенство 0 для кристаллов KCl–Cu и KCl–Ag свидеДействительно, если бы при взаимодействии дислотельствуют, скорее всего, о правильности высказанного каций с VK-центрами при T < TV дырки приобретали предположения.

подвижность, то они после удаления от дислокации сразу же автолокализовались с образованием VK-центров. По- Таким образом, исследование процесса взаимодейэтому такой процесс не обеспечивал бы наблюдаемого ствия дислокаций с направленно введенными центрами экспериментально значительного уменьшения числа VK- позволило определить положение электронной и дырочцентров. Значит, дырки из VK-центров захватываются ной дислокационных зон в зонной схеме ряда ионных движущимися дислокациями. кристаллов.

Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 2146 С.З. Шмурак Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 98-02-16644) и Министерства науки и технологий (программа ”Поверхностные атомные структуры”, грант № 3.10.99).

Список литературы [1] С.З. Шмурак. Изв. АН СССР. Сер. физ. 40, 9, 1886 (1976).

[2] Ф.Д, Сенчуков, С.З. Шмурак. ФТТ 12, 1, 9 (1970).

[3] C.D. Clark, S.H. Grawford. Adv. Phys. 22, 2, 218 (1973).

[4] А.В. Полетаев, С.З. Шмурак. ЖЭТФ 87, 2(8), 657 (1984).

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.