WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 2 Краткие сообщения 05;06;07;11 Влияние адсорбции на поперечное фотонапряжение в кристаллах иодистого кадмия при рентгеновском возбуждении © И.М. Матвиишин, С.С. Новосад, И.С. Новосад Львовский национальный университет им. Ивана Франко, 79000 Львов, Украина (Поступило в Редакцию 8 января 2004 г. В окончательной редакции 21 мая 2004 г.) Приведены результаты исследования влияния газов (O2 и воздуха) на поперечное фотонапряжение (ПФН), возникающее в образцах CdI2 при рентгеновском возбуждении. Проведенные исследования в вакууме при температуре 295 K показали, что ПФН практически линейно возрастает с увеличением мощности экспозиционной дозы рентгеновского излучения (R). Регистрируемая величина ПФН в атмосфере газов имеет противоположное по знаку значение и при увеличении R больше 200 R/min выходит на насыщение.

При откачке газа из системы величина ПФН сначала возрастает и после достижения максимального значения резко ослабляется, изменяет знак и достигает исходного значения для величины ПФН в условиях вакуума. На основании анализа полученных результатов и литературных данных показано, что выявленные особенности влияния газов на ПНФ в CdI2 вызваны рентгеностимулированной химической адсорбцией по акцепторному механизму.

К числу наиболее актуальных и мало изученных Проведенные измерения в вакууме показали, что велипроблем радиационного материаловедения относятся чина ПФН в образцах с 0-градусным срезом практически стимулируемые высокоэнергетическим излучением про- не зависит от их толщины. Генерируемое рентгеновским цессы на границе раздела двух фаз — твердое тело- излучением ПФН в образцах размером 10 8 6mm воздух [1]. Интерес к изучению этих процессов также первого и второго типа линейно возрастает с увевозрастает в связи с поиском эффективных материалов, личением мощности экспозиционной дозы рентгеновпригодных для создания чувствительных элементов для ского излучения (R). Эта зависимость для образца с газового анализа [2].

0-градусным срезом показана на рис. 1 (кривая 1). ОбПоперечные фотовольтаические эффекты (ПФВЭ), разец с 45-градусным срезом имел примерно в 2.5 раза возникающие в слоистых кристаллах CdI2 в условиях большую чувствительность к рентгеновской радиации, вакуума при оптическом и рентгеновском облучениях, чем образец с 0-градусным срезом. Полученные нами исследовались в работах [3–5]. В настоящей работе сообщается о результатах исследования влияния газов (O2 и воздуха) на поперечное фотонапряжение (ПФН) в кристаллах CdI2 при рентгеновском возбуждении.

Методики изготовления образцов из кристаллов CdI2, выращенных методом Бриджмена-Стокбаргера [6], и их исследования были аналогичны методикам, описанным в [3,4]. Измерения проводили в режиме фотонапряжения холостого хода Uid на образцах двух типов, изготовленных в виде параллелепипедов 10 8 (0.5-6) mm таким образом, чтобы угол между нормалью к облучаемой поверхности 10 8 mm и кристаллографической осью C6 составлял 0 и 45. Электроды из серебряной пасты К-13б наносили на грани 8 (0.5-6) mm, перпендикулярные облучаемой поверхности. Образцы с нанесенными омическими контактами помещались в металлический криостат, где проводились измерения при комнатной температуре (295 K) как в вакууме, так и в газовой среде. Возбуждение образцов рентгеновскими лучами осуществлялось с помощью аппарата УРС-55А.

Рентгеновская трубка ВСВ-2 с Cu антикатодом работала Рис. 1. Зависимость ПФН от R кристалла CdI2 с 0-градусным в режиме U = 45 kV, I = 0-12 mA. срезом в вакууме (1) и на воздухе (2).

122 И.М. Матвиишин, С.С. Новосад, И.С. Новосад да значение ПФН резко увеличивается (примерно по экспоненциальному закону) с повышением температуры от 295 до 380 K. В области высоких температур при R > 150 R/min обнаруживается даже линейная зависимость Uid = f (R).

Последующее понижение температуры кристалла до 295 K приводит к восстановлению исходного значения ПФН. Предварительное облучение образцов в вакууме также не влияет на их адсорбционные свойства по отношению к кислороду и воздуху.

Таким образом, из представленных результатов следует, что газовая среда существенно влияет на величину и знак генерируемого рентгеновским излучением ПФН в CdI2. Ранее [3–5] показано, что вследствие ярко выраженной анизотропии структуры, химической связи и Рис. 2. Зависимость ПФН кристалла CdI2 с 45-градусным электропроводности ПФВЭ в слоистых кристаллах CdIсрезом от величины давления кислорода в системе при R = 700 R/min. в условиях вакуума при оптическом и рентгеновском возбуждениях проявляются в виде фотогальванического эффекта и поперечного эффекта Дембера [8]. Выявленная насыщаемость ПФН при R > 200 R/min, в газовой результаты экспериментального исследования ПФН в среде при 295 K может быть вызвана конкуренцией слоистых кристаллах иодистого кадмия в условиях ваадсорбционного процесса и процесса, обусловленного куума согласуются с данными работ [3–5,7].

действием демберовского механизма [7]. При высоких Облучение кристаллов CdI2 рентгеновскими квантами температурах относительная эффективность адсорбцив условиях атмосферного давления на воздухе также онного процесса значительно возрастает.

приводит к возникновению ПФН. Однако регистрируеОсобенным является то, что при температуре 295 K мая величина в данном случае имеет противоположное зависимость величины ПФН CdI2 от R в условиях по знаку значение и при увеличении R > 200 R/min напущенного газа при атмосферном давлении (рис. 1, выходит на насыщение (рис. 1, кривая 2). Аналогичная кривая 2) подобна аналогичной зависимости, измерензависимость с большей на 20-25% амплитудой ПФН в ной в вакууме при температуре 90 K [8]. При низкой стадии насыщения характерна для CdI2 при измерении температуре этот материал имеет n-тип проводимости.

в газе O2. Обнаружено, что при измерении в атмосфере Иодистый кадмий в невозбужденном состоянии при воздуха ПФН образца с 0-градусным срезом ослабля295 K является полупроводником p-типа. В процессе ется в 2 раза при уменьшении его толщины от 1.облучения рентгеновскими квантами в условиях вакуума до 0.5 mm.

при этой температуре приповерхностная часть образцов Зависимость ПФН кристалла CdI2 с 45-градусным сревследствие образования электронных центров заряжаетзом от давления кислорода при R = 700 R/min показана ся отрицательно [8].

на рис. 2, из которого следует, что при откачке газа из При сорбции частиц газов акцепторного типа (O2, криостата величина ПФН сначала возрастает и после NO2, N2O, CO2) [9,10] концентрация электронов вблизи достижения максимального значения резко уменьшаетповерхности полупроводников уменьшается и проводися, изменяет знак и выходит на насыщение, достигая мость образцов падает. Одновременно в приповерхностисходного значения в условиях вакуума. Вид кривой, ном слое растет концентрация дырок. Относительные представленной на рис. 2, является характерным для эффективности протекания сорбции на поверхности и аналогичной зависимости, полученной при измерении генерации излучением неравновесных носителей заряда в атмосфере воздуха. Похожие закономерности были в глубине образца определяют величину и знак ПФН выявлены при измерении зависимости ПФН кристалла при изменении давления газа в системе [10].

CdI2 с 0-градусным срезом от давления газов в сисПоскольку после откачки порции напущенного газа теме.

исходное значение генерируемого ПФН в CdI2 восстаНапуск порции O2 в криостат в процессе облучения навливается как по величине, так и по знаку, то можно с последующей откачкой также приводит к возникновеполагать, что на облучаемой поверхности кристалла нию „вспышки“ величины ПФН. При этом наблюдается имеет место рентгеностимулированная адсорбция. В роизменение ее знака как в момент напуска газа, так и ли адсорбционных центров, вероятно, выступают носипри его откачке. Эта зависимость по сравнению с зави- тели заряда, захваченные дефектами поверхности. При симостью, представленной на рис. 2, характеризируется этом главная роль в сорбционном процессе принадлежит дополнительным максимумом в момент напуска газа.

дефектам с малым временем жизни [10].

Исследованиями выявлено, что при облучении об- Участие свободных носителей заряда кристалла в разца рентгеновскими квантами в атмосфере кислоро- процессах, происходящих на поверхности образцов при Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. Влияние адсорбции на поперечное фотонапряжение в кристаллах иодистого кадмия... адсорбции на ней газов, а также активация температурой Список литературы эффективности протекания процессов указывают на то, [1] Торопов А.Е., Васильев И.А., Нечаев А.Ф. // Радиационночто влияние газов на поперечные фотоэффекты вызваны стимулированные явления в твердых телах. Межвузовхимической адсорбцией [10–13]. При этом частицы газов ский сборник. Свердловск: Изд-во УПИ им. С.М. Кирова, не внедряются в кристалл CdI2, а лишь адсорбируются 1979. Вып. 1. С. 54–61.

на поверхности, захватывая свободные электроны [14].

[2] Голованов В.В., Сердюк В.В., Стыс Л.Е. и др. // УФЖ.

При хемосорбции на поверхности кристалла образу1988. Т. 33. № 3. С. 390–395.

[3] Бондарь В.Д., Лыскович А.Б., Матвиишин И.М., Харамется локальный энергетический уровень, аналогичный бура С.Б. // Изв. АН СССР. Неорг. матер. 1990. Т. 26. № 3.

обычным примесным уровням, связанным, например, с С. 660–661.

поверхностными дефектами [12,13]. При локализации [4] Матвиишин И.М., Бондарь В.Д., Лыскович А.Б. // Вестник заряда на поверхностных электронных состояниях проЛьвовского ун-та. Сер. физ. 1990. Вып. 23. С. 27–30.

исходит зарядка поверхности кристалла. Если в объеме [5] Бондарь В.Д., Лыскович А.Б., Матвиишин И.М., Хараместь свободные носители заряда, то они перераспредебура С.Б. // Тез. докл. XII Всесоюз. конф. по физике ляются так, чтобы нейтрализовать поверхностный заполупроводников. Киев, 1990. Ч. 2. С. 112.

ряд. В приповерхностной области кристалла образуется [6] Широкозонные слоистые кристаллы и их физические свойства / Под ред. А.Б. Лысковича. Львов: Вища школа, двойной заряженный слой, толщина которого зависит 1982. 148 с.

от концентрации свободных носителей и ионизированых [7] Основы полупроводниковой электроники / Под ред.

примесей.

О.В. Снитко. Киев: Наукова думка, 1985. 302 с.

Таким образом, эффективность хемосорбции в значи[8] Kostyuk B.M., Lyskovich A.B., Matviishyn I.M., Novoтельной степени определяется концентрацией носитеsad S.S. // Functional Materials. 2000. Vol. 7. N 2. P. 220–223.

лей заряда у поверхности и поверхностных состояний.

[9] Магомедов М.А., Магомедов Х.А., Ризаханов М.А., ГаПри стационарных условиях возбуждения установле- санбеков Г.М. // Тез. докл. V Всесоюз. совещания „Физика и техническое применение полупроводников“. Вильнюс, ние адсорбционного равновесия на поверхности полу1983. Т. I. С. 81–82.

проводника предполагает конкуренцию двух процессов:

[10] Бару В.Г., Волькенштейн Ф.Ф. Влияние облучения на пос одной стороны, равновесный обмен между адсорбиверхностные свойства полупроводников. М.: Наука, 1978.

рованными частицами и газовой средой, с другой сто288 с.

роны, электронный обмен между электронно-дырочной [11] Волькенштейн Ф.Ф. Электронные процессы на поверхносистемой кристалла и уровнем адсорбционного происсти полупроводников при хемосорбции. М.: Наука, 1987.

хождения [10–12]. В такой системе поверхностные и 432 с.

объемные заряды образуют сильное электрическое поле, [12] Соколов В.А., Горбань А.Н. Люминесценция и адсорбция.

М.: Наука, 1969. 187 с.

направленное вдоль нормали к облучаемой поверхности.

[13] Пека Г.П. Физические явления на поверхности полупроОбласти полупроводника, обогащенные или обедненные водников. Киев: Вища школа, 1984. 214 с.

электронами (дырками), при сорбции газов достигают [14] Ахоян А.П., Корсунская Н.Е., Маркевич И.В. // УФЖ.

глубины 0.5-50 nm [12].

1988. Т. 33. № 6. С. 827–837.

При уменьшении толщины кристалла CdI2 c 0-градусным срезом рентгеновские кванты, прошедшие через образец, с возрастающей эффективностью стимулируют протекание хемосорбции на тыльной поверхности. Это в свою очередь приводит к возникновению дополнительного электрического поля, которое направлено противоположно электрическому полю, вызванному адсорбцией частиц газа на облучаемой фронтальной поверхности образца. Конкурирующее взаимодействие этих процессов приводит к уменьшению величины ПФН. Некоторое увеличение значения ПФН на первом этапе откачки газа из системы может быть вызвано уменьшением эффективности поглощения рентгеновского излучения газами и ослаблением процесса обмена носителями заряда между адсорбированными частицами и газовой средой. При дальнейшей откачке газа из криостата сильное уменьшение величины и изменение знака ПФН вызвано уменьшением числа частиц, адсорбированных на поверхности.

Журнал технической физики, 2005, том 75, 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.