WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 1998, том 40, № 1 Физические особенности электронно-индуцированного дихроизма в стеклообразном трисульфиде мышьяка © О.И. Шпотюк,, В.О. Балицкая Львовский научно-исследовательский институт материалов, 290031 Львов, Украина Институт физики при Педагогическом университете, 42200 Ченстохов, Польша (Поступила в Редакцию 5 февраля 1997 г.

В окончательной редакции 11 июня 1997 г.) Изучены зависимости эффекта электронно-индуцированного дихроизма в стеклообразном As2S3 от энергии фотонов зондирующего излучения и температуры последующих термоотжигов. Обнаружено полное гашение данного эффекта при длительном хранении образцов (на протяжении 10–15 суток) после электронного облучения. С помощью ИК Фурье-спектроскопии наведенного отражения показано, что наблюдаемый эффект связан с процессами создания в структурной матрице стекла ориентированных дефектов типа недокоординированных атомных пар.

Детальные исследования влияния поглощаемого све- 1. Методика экспериментальных та (фотоиндуцированные эффекты) [1] и высокоэнерисследований гетического проникающего излучения (радиационноиндуцированные эффекты) [2,3] на аморфные халькоИсследуемые образцы v-As2S3 были синтезированы генидные полупроводники (АХП), проведенные в пов предварительно очищенных и обезвоженных эвакуиследние годы, позволили обнаружить довольно глубокое рованных кварцевых ампулах из компонентов особой сходство этих эффектов. Было установлено, что мехачистоты (не хуже 99.999%) [7]. Температура синтеза низм фото- и радиационно-структурных превращений не превышала 1050 K, а охлаждение ампул велось в определяется процессами формирования координационрежиме выключенной печи. Исследуемые образцы были ных дефектов, т. е. индуцированными переключениями приготовлены в виде кубиков с длиной ребра 6–8 mm и химических связей, причем сопутствующие релаксациотполированными до высокого класса чистоты гранями.

онные процессы могут охватывать области структуры Облучение велось направленным потоком ускоренных величиной в несколько межатомных расстояний (средэлектронов с энергией 2.8 MeV и флюенсами от =ний порядок) [1–4]. Как показали дальнейшие исследо 5 · 1017 cm-2 по направлению, перпендикулярному дования, данный вывод относится не только к скалярплоскости BB1C1C (рис. 1). Эту плоскость кубика условным (изотропные изменения физических свойств АХП), но обозначим знаком, учитывая параллельность ее но и к векторным эффектам, в частности, к фотонормального вектора и направления потока электронов.

и радиационно-индуцированному дихроизму, возникаюЗондирующий световой пучок имел диаметр 2–3 mm щим под влиянием линейно-поляризованного света [5,6] и проходил сквозь образец на расстоянии 1.5–2 mm и направленного потока ускоренных электронов [7] соот плоскости BB1C1C. Аналогично плоскость кубика ответственно.

ABCD, нормальный вектор который перпендикулярен На первый взгляд радиационный аналог векторных направлению потока электронов, условно обозначим знафотоиндуцированных эффектов в АХП (линейный или ком. В данных условиях достигалось практически циркулярный дихроизм, двулучепреломление [5,6]) неполное проникновение ускоренных электронов в область возможен в силу отсутствия поляризации высокоэнерзондирующего света (глубина проникновения составляла гетического излучения, в частности, -квантов, вызы 5-6mm [8]).

вающих наиболее существенные изменения скалярных Таким образом, мы определили два ортогональных свойств [2]. Тем не менее, как было показано ранаправления для зондирующего света с параллельной нее [7], для предварительно облученных ускоренными (a-a) и перпендикулярной (b-b) плоскостями поляэлектронами (E = 2.8MeV) образцов стеклообразноризации относительно направления потока ускоренных го v-As2S3 в форме куба, можно определить разницу электронов (рис. 1).

между коэффициентами поглощения зондирующего свеИзмерения ЗИД проводились на следующий день та с параллельной и перпендикулярной ориентациями после электронного облучения на спектрофотометре плоскости поляризации относительно потока ускоренных ”Specord-40” в диапазоне 200–900 nm. Эффекты, обэлектронов.

условленные неоднородностью скалярного электронноПродолжая начатые в [7] исследования, мы изучили индуцированного потемнения [9], исключались из расспектральные зависимости электронно-индуцированного дихроизма (ЭИД) в стеклообразном v-As2S3, темпе- смотрения за счет сбалансирования 100% уровня приборатурные особенности этого эффекта, его временные ра при поочередном попадании зондирующего пучка на характеристики и микроструктурный механизм. образец с двух противоположных сторон.

Физические особенности электронно-индуцированного дихроизма в стеклообразном... превращений в тонких пленках трисульфида мышьяка, индуцированных поглощаемым светом [10].

Как известно [11–13], для v-As2S3 характерно довольно четкое разделение колебательных полос основных структурных фрагментов. Пирамидальные AsS3 и мостиковые As–S–As единицы, образованные на основании гетерополярных химических связей As–S, характеризуются группой полос в области 335-285 cm-1 [12].

Молекулярным продуктам с ”неправильными” гомополярными химическими связями As–As и S–S отвечают полосы (379, 340, 231, 210, 168 и 140 cm-1) и (и 188 cm-1) соответственно [11,12]. Кроме того, нами принято во внимание, что в соответствии с факторным групповым анализом [13], кристаллический As2Sхарактеризуется четырьмя ИК колебательными модами, наблюдаемыми в области 335-285 cm-1 (323.1, 307.3, 301.3 и 288.9cm-1).

Для изучения механизма ЭИД проводились Рис. 1. Схема, иллюстрирующая условия экспериментального исследования ИК Фурье-спектров дополнительного наблюдения ЭИД в стеклообразном v-As2S3.

отражения облученного ускоренными электронами v-As2S3 после термоотжигов на протяжении 2 h при температурах 300–423 K, т. е. ниже и выше порога Величину ЭИД оценивали параметром в соответскалярного радиационно-индуцируемого потемнения ствии с хорошо известным выражением [5,6] (390–400 K) [14].

2( - ) =d = - d =, 2. Экспериментальные результаты ( + ) и их обсуждение где ( ) и () — коэффициенты поглощения (пропускания) зондирующего света с параллельной (a-a) и На рис. 2 показаны спектральные зависимости парамеперпендикулярной (b-b) ориентациями плоскости поля- тра v-As2S3 после электронного облучения флюенсом ризации, d — толщина образца.

= 5 · 1016 cm-2 (кривая 1) и последующих термоАнизотропией коэффициента отражения пренебрега- отжигов при различных температурах T (кривые 2–5).

ли, так как ее величина по меньшей мере на порядок Необходимо отметить, что эффект ЭИД наблюдается в ниже анизотропии коэффициента поглощения (аналогич- спектральной области края фундаментального оптиченое предположение сделано в [6]).

ского поглощения исследуемых образцов (см. вставку Микроструктурный механизм ЭИД изучался с исполь- к рис. 2).

зованием техники ИК Фурье-спектроскопии наведенно- Изучая дозовую зависимость ЭИД, мы обнаружили, го отражения (спектрофотометр IFS-113V ”Bruker”) в что дихроизм появляется после электронного облучения области колебательных полос основных структурных флюенсами не менее =5 · 1015 cm-2, достигает отнокомплексов v-As2S3 (400-100 cm-1) [3,4]. Спектры сительного максимума в области =5 · 1016-1017 cm-отражения v-As2S3 многократно накапливались (не ме- и дальше слабо увеличивается (на 10–15%) до нее 256) и вычитались с помощью ЭВМ до и после =5 · 1017 cm-2 без заметного насыщения.

электронного облучения, т. е. исследуемый полезный сиг- Рассмотрим особенности ЭИД v-As2S3 после облунал представлял собой спектр электронно-наведенного чения флюенсом электронов = 5 · 1016 cm-2. В отражения R. Полученные положительные значения области энергий h > 1.9 eV наблюдается достаточно R > 0 (дополнительное отражение) отвечали струк- резкий край ЭИД с наклоном 6-7eV-1, (кривая 1 на турным комплексам, появляющимся в результате облу- рис. 2). Величина в этой области достигает значений чения, а отрицательные значения R < 0, наоборот, — 0.7–0.9, что заметно выше, чем в случае фотоиндуциисчезающим комплексам. Все измерения проводились рованного дихроизма [6]. Последующий термоотжиг для плоскостей кубика с перпендикулярной (ABCD и приводит к коротковолновому смещению этой кривой, параллельной BB1C1C) ориентациями нормали по отно- как и в случае термоиндуцированного восстановления шению к направлению потока ускоренных электронов скалярных оптических свойств -облученных АХП [14].

(рис. 1). Но в отличие от этого процесса термическое стирание Данная техника позволяет исследовать структурные ЭИД носит непороговый характер и начинается уже при изменения в АХП на уровне 1% от общей концентрации температурах 300–330 K (кривые 2–4 на рис. 2). После трансформирующихся химических связей. Впервые ее термоотжига при 420–430 K данный эффект практически использовали в 1988 г. для идентификации структурных полностью исчезает (кривая 5 на рис. 2).

Физика твердого тела, 1998, том 40, № 54 О.И. Шпотюк, В.О. Балицкая Сравнивая интегральные спектры R и R v-As2S(т. е. спектры отражения от граней ABCD и BB1C1C соответственно) непосредственно после электронного облучения ( = 5 · 1016 cm-2), можно отметить, что фоновое значение R больше, чем R. Кроме того, колебательная полоса при 420 cm-1, отвечающая As–O комплексам [16], более интенсивна в спектре R.

Это свидетельствует о наличии двух типов электронно-стимулированных превращений на поверхности исследуемых образцов: во-первых, повреждение поверхности, т. е. реологические изменения (аналогичный процесс недавно изучался в [17]);

во-вторых, окисление поверхности, вызванное химическим взаимодействием деструктированных комплексов матрицы стекла с поглощенными атомами кислорода, как и в случае -индуцированного окисления поверхности АХП в условиях продолжительного облучения [18].

Рис. 2. Спектральные зависимости ЭИД в v-As2S3 после Обнаружено, что первый процесс проявляется на облучения ускоренными электронами при = 5 · 1016 cm-”параллельной” BB1C1C плоскости кубика v-As2S3, а (1) и последующих термоотжигов при температурах 343 (2), второй — на ”перпендикулярной” ABCD.

373 (3), 398 (4) и 423 K (5). На вставке — спектральная зависимость коэффициента оптического поглощения v-As2S3. Реологические изменения приводят к уменьшению уровня фонового отражения R, что существенно затрудняет корректную идентификацию собственных электронно-индуцированных структурных превращений В более длинноволновой области ( < 0.10-0.15) на этой плоскости (во всяком случае до температур наблюдается достаточно протяженный ”хвост” ЭИД, 390–400 K, когда начинаются процессы восстановления уменьшающийся после отжига, причем линейные проотражательной способности поврежденной поверхности должения кривых (h) пересекаются в одной точке F за счет термического залечивания созданных макроде(рис. 2). Эта особенность отличает ЭИД от аналогичфектов). Появление в АХП вакансионных кластеров, ного скалярного эффекта радиационно-индуцированного трещин, микроскопических пор, кристаллических вклюпотемнения [2,14], вызывающего параллельные смещечений и других макродефектов после обработки высокония нижнего участка спектра поглощения.

энергетическими корпускулярными излучениями наблюНами установлено, что ЭИД в v-As2S3 полностью далось также рядом других авторов [19–21].

исчезает при комнатной температуре на протяжении 10– Второй процесс (электронно-индуцированное окисле15 дней, тогда как известный фотоиндуцируемый аналог ние) не оказывает заметного воздействия на колебательзатухает при этой температуре только частично [6].

ный спектр v-As2S3 в области полос основных струкПоэтому версия о влиянии внешних воздействующих турных единиц матрицы (400-100 cm-1), так как расфакторов на существующие до облучения собственные тягивающиеся и изгибающиеся моды As–O комплекдефектные центры АХП, предложенная авторами [6] для сов расположены в более коротковолновой области объяснения механизма фотоиндуцированного дихроизма, ( >400 cm-1) [16].

вряд ли пригодна для нашего случая. Кроме того, мы На рис. 3 представлен спектр дополнительного считаем, что вариант фотоиндуцированной топологичеотражения R электронно-облученного ской переориентации существующих до облучения ди( = 5 · 1016 cm-2) v-As2S3, индуцированный терполей (в форме так называемых дефектных пар с перемоотжигом при T = 333 K.

менной валентностью [15]), включающий переключения Можно выделить более десяти полос дополнительного трех ”жестких” ковалентных связей [5], маловероятен отражения (R), соответствующих различным струкдля АХП.

турным комплексам v-As2S3, на основе гетерополярных Учитывая, что концентрация собственных дефектов (As–S) и гомополярных (As–As и S–S) ковалентных в термоотожженном стекле ничтожна по сравнению химических связей. Полученные результаты свидетельс их концентрацией в тонких пленках, полученных в ствуют о существенном увеличении их концентрации более неравновесных условиях термовакуумного осажде- в исследуемых образцах после термоотжига. Наиболее ния [15], можно предположить, что механизм ЭИД в заметное увеличение характерно для комплексов с геv-As2S3 связан не с переориентацией, а с электронно- терополярными химическими связями As–S, которым индуцированным созданием новых (ориентированных по на рис. 3 отвечают полосы спектра R в области отношению к потоку электронов) дефектов. 335-285 cm-1 [12,13]. Этот эффект не наблюдается в Физика твердого тела, 1998, том 40, № Физические особенности электронно-индуцированного дихроизма в стеклообразном... Рис. 3. Спектр дополнительного отражения R электронно-облученного v-As2S3, индуцированный термоотжигом при температуре 333 K.

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.