РОЗДІЛ 2
Вплив зовнішніх обробок на ФотоЛюмінесценцію екситонно ? домішкових комплексів
в CdTe:Cl
Вступ
Взаємодія g-випромінювання з твердим тілом в основному зводяться до наступних
процесів: 1). Фотоефект – гамма-квант поглинається атомом речовини, при цьому
енергія кванта передається одному з електронів атома. Переріз захоплення
g-кванту істотно залежить від заряду ядер речовини і енергії квантів. З ростом
заряду ядер переріз збільшується, а при зростанні енергії – зменшується. Таким
чином, явище фотоефекту сильніше проявляється для важких атомів і малих енергій
g-квантів. 2). Непружнє (комптонівське) розсіювання – в процесі взаємодії з
електроном g-квант розсіється на деякий кут, при цьому передає електрону тільки
частину своєї енергії. 3). Створення електронно-позитронних пар і виникнення
ядерних реакцій. Процеси 1 і 2 переважають при енергіях g-квантів від сотих
долей до декількох мега-електрон-вольт, процес 3 – при більш високих енергіях.
Повний переріз поглинання g-квантів визначається всіма перерахованими
процесами. Як правило, в радіаційній фізиці твердого тіла в якості джерела
g-випромінювання використовують Со60 з Eg=1,17 МеВ і 1,33 МеВ, тому основними
процесами в твердих тілах є фотоефект і комптонівське розсіювання, які
приводять до внутрішнього бомбардування кристалу швидкими електронами з
енергією порядку або дещо меншою від енергії g-кванту. В зв’язку з цим для
обчислення концентрації зміщених атомів користуються теорією утворення дефектів
Френкеля під дією швидких електронів.
Слід зазначити, що в твердих тілах можливе не тільки “погіршення” кристалічної
структури під дією g-опромінення (внаслідок створення радіаційних дефектів), а
й “покращення”, що фіксується, наприклад, по збільшенню рухливості носіїв
заряду. Природу цього ефекту пов’язують із зміною стану рекомбінаційного центру
– домішка витісняється у міжвузля і гетерується на дислокаціях або преципітатах
в об’ємі. Зазначений ефект радіаційного упорядкування кристалічної гратки
виявлений і досить добре вивчений в напівпровідниках Si та A3B5 і значно менше
– в напівпровідниках A2B6, в тому числі в CdTe. Встановлено, зокрема, що
радіаційне упорядкування значно сильніше проявляється в багатошарових
напівпровідникових структурах, якими є, наприклад, більшість НВЧ-активних
елементів, а також багато мікроелектронних приладів. У цьому випадку в якості
потужного гетера виступає поверхня або границя поділу фаз (гетеруюча поверхня).
При порівняно малих дозах радіації ці стоки ще не заповнені і саме в даному
випадку спостерігається висока ймовірність їх заповнення та “заліковування”
дефектів приграничної області шляхом їх ефективної анігіляції або утворення
рекомбінаційно неактивних комплексів. Крім того, під впливом радіації можлива
релаксація механічних напружень і перехід напівпровідникової системи з
метастабільного стану в більш рівноважний. Цей механізм ефекту малих доз
названий радіаційно-стимульованою релаксацією механічних напружень. Він
найчіткіше проявляється в гетеросистемах або приповерхневій області твердого
тіла. Вказаний механізм є досить універсальним і може проявлятись в будь-яких
твердотільних системах, де рівень механічних напружень високий і додаткове
введення точкових дефектів при радіаційному опромінення достатнє для їх
релаксації. При цьому одночасно відбуваються і радіаційно-стимульовані
дифузійні процеси.
Зазначимо, що розглянутий процес гетерування рекомбінаційно активних центрів
відбувається і при звичайному термічному відпалі досліджуваних зразків у
певному діапазоні температур. В цьому випадку в якості гетерних областей можуть
виступати преципітати, дислокації в об’ємі кристалу, або ж сама поверхня. Крім
того, відпал може проводити до трансформації домішково-дефектної структури
кристалу, яка, в першу чергу, повинна проявлятись в приповерхневій області
кристалу за рахунок “випаровування” домішкових атомів або й атомів кристалічної
матриці. Для дослідження вказаних ефектів використовуються різні фізичні явища
і відповідні методики: дослідження кристалічної структури методами металографії
та електронографії, вивчення механічних напружень за кривизною структур,
електровідбивання світла, фотоструму, релаксації нерівноважної ємності, шумів
та інших характеристик поверхнево-бар’єрних структур, дослідження
фотолюмінесценції. Остання методика є однією з найбільш чутливих до змін як
концентрації випромінювальних центрів, так і безвипромінювальних втрат в
кристалі в результаті різних чинників, в тому числі радіаційного опромінення та
термічного відпалу.
В даному розділі описана методика експерименту та результати досліджень впливу
g-опромінення і термічного відпалу на екситонний спектр ФЛ CdTe:Cl. Як відомо
екситонний спектр ФЛ CdTe та CdTe:Cl в залежності від умов вирощування і
легування містить багато вузьких ліній, зумовлених анігіляцією екситонів,
зв’язаних на різних домішках та домішково-дефектних комплексах. Тому із
відносної зміни інтенсивності окремих ліній ФЛ локалізованих екситонів в
результаті зовнішніх чинників, зроблений висновок про зміну концентрації
відповідних центрів локалізації екситонів. Крім того, аналіз дозової залежності
інтегральної інтенсивності екситонних ліній ФЛ дозволив нам виявити ефект малих
доз, який проявляється в збільшенні інтенсивності ФЛ в результаті
низькодозового (DЈ10 кГр) g-опромінення досліджуваних зразків.
2.1. Методика експерименту
Досліджувані монокристали CdTe та CdTe:Cl були вирощені методом Бріджмена.
Легування хлором здійснювали під час вирощування монокристалів. З цією метою
ампули з карбонованого кварцу діаметром 15 мм за
- Київ+380960830922