Фотоэмиссионная активность структурных дефектов в SiO2 и силикатных стеклах

Работа выполнена на кафедре физических методов и приборов контроля качества Уральского государственного технического университета
ВВЕДЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
7
ГЛАВА 1. ФОТОСТИМУЛИРОВАИНАЯ ЭМИССИЯ ЭЛЕКТРОНОВ И СТРУКТУРНЫЕ ДЕФЕКТЫ В НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ ШИРОКОЩЕЛЕВЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ....................................10
1.1. Фотоэлектронная эмиссия ..............................10
1.1.1. Стационарная фотоэмиссия...........................10
1.1.2. Фотостимулированная электронная эмиссия диэлектриков 12
1.1.3. Механизмы ФСЭЭ.....................................14
1.1.4. Приложения метода ФСЭЭ.............................18
1.2. Энергетический спектр электронных состоянии неупорядоченных диэлектриков.............................19
1.2.1. Зонная модель неупорядоченных структур.............19
1.2.2. Эффекты разупорядочения в ФСЭЭ.....................20
1.2.2. Дефектные состояния в неупорядоченных матрицах.....22
1.3. Элементарные и агрегатные дефекты чистого кремнезема 24
1.3.1. Общее описание дефектов............................24
1.3.2. Е-центры...........................................25
1.3.3. Центры немостикового кислорода.....................28
1.3.4. Диамагнитные кислорододефицитные центры............30
1.4. Собственные дефекты в бинарных стеклах.................36
1.4.1. Ь-центры...........................................36
1.4.2. Континуальные дефекты..............................38
1.4.3. Модифицированные Е'-центры.........................41
1.5. Постановка цели и задач исследования...................43
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.........................45
2.1. Объекты исследования...................................46
3
2.2. Экспериментальный комплекс для исследования фотоэмиссионных свойств материалов .........................47
2.2.1. Регистрация электронной эмиссии.......................49
2.2.2. Устройства возбуждения и стимуляции...................49
2.2.3. Основные погрешности при регистрации ФСЭЭ.............52
2.3. Методика обработки спектральных зависимостей ФСЭЭ 53
2.3.1. Традиционные методы обработки спектров................54
2.3.2. Нормирование спектров ФСЭЭ............................55
2.3.3. Спектральные зависимости ФСЭЭ наведенных центров 60
2.4. Дополнительные методы исследования........................65
2.4.1. Оптическое поглощение.................................65
2.4.2. Фотолюминесценция.....................................66
2.4.3. Определение лучевой прочности.........................66
2.4.4. Измерение микротвердости..............................68
2.5. Выводы....................................................69
ГЛАВА 3. ФОТОЭМИССИОННЫЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ, ОБЛУЧЕННЫХ БЫСТРЫМИ ЭЛЕКТРОНАМИ....70
3.1. Спектры фотостнмулированной эмиссии и оптического поглощения...................................................70
3.1.1. а-кварц...............................................70
3.1.2. Кварцевое стекло КВ...................................76
3.1.3. Стекло К8.............................................81
3.2. Дозовые зависимости ОП и ФСЭЭ.............................87
3.2.1. Кварцевое стекло КВ...................................88
3.2.2. а-кварц...............................................96
3.2.3. Стекло К8............................................101
3.3. Спектроскопические свойства центров ФСЭЭ и ОН.............110
4
3.3.1. Е4 -центры...........................................110
3.3.2. Е'-центры............................................111
3.3.3. ЕЬ-центры............................................114
3.3.4. -центры..............................................116
3.4. Выводы...................................................117
ГЛАВА 4. ТЕМОСТИМУЛИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ДИОКСИДЕ КРЕМНИЯ С УЧАСТИЕМ РАДИАЦИОННЫХ ЦЕНТРОВ ФСЭЭ...119
4.1. Кинетические и температурные зависимости спектральных характеристик ФСЭЭ.........................................119
4.1.1. Модель релаксации фотоэмиссии.......................120
4.1.2. Расчет изотермической кинетики распада активных центров 123
4.1.3. Построение изохронных зависимостей интенсивности ФСЭЭ ог температуры...........................................129
4.2. Закономерности ФСЭЭ и фотолюминесценции при различных температурах...............................................131
4.2.1. Спектры ФСЭЭ.........................................132
4.2.2. Спектры ФЛ...........................................135
4.2.3. Спектры возбуждения ФЛ...............................137
4.3. Кинетические и температурные зависимости ФСЭЭ Е,-центров139
4.3.1. Центры объемного типа................................140
4.3.2. Поверхностные центры.................................143
4.3.3. Микропарамстры ионизации Е’-иснтров..................145
4.4. Исследование релаксации возбужденных В2(х- и 0|)-ценгров...147
4.4.1. О^-центры............................................148
4.4.2. Вза-центры...........................................151
4.5. Выводы...................................................154
5
ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ ФСЭЭ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СТРУКТУРЫ И
ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ СТЕКОЛ.......................156
5.1. ФСЭЭ термически полированного стекла.................156
5.1.1. Собственная эмиссионная активность...............157
5.1.2. Спектральные зависимости ФСЭЭ образцов, возбужденных рентгеновским излучением...........................160
5.2. Структу ра "атмосферной" поверхности термически полированного стекла...................................164
5.2.1. Распределение по глубине эмиесионных свойств нсвозбужденных приповерхностных слоев..............164
5.2.2. Профиль распределения центров ФСЭЭ, наведенных рентгеновским облучением...........................167
5.3. Взаимосвязь ФСЭЭ и прочностных свойств стекол с различной обработкой.............................................171
5.3.1. Микротвсрдость поверхностных слоев ТПС...........171
5.3.2. Микротвердость и оптическая прочность радиационно-нарушенных слоев стекла К8.........................176
5.4. Выводы...............................................181
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................183
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................185
6
Актуальность. Исследование поверхности твердых тел является важным направлением физики конденсированного состояния и имеет непосредственное прикладное значение в связи с разработкой новых материалов и технологий. В подобных исследованиях особое место отводится изучению влияния структурных факторов и внешних энергетических воздействий на природу дефектов и электронные свойства поверхностного слоя материала. Указанные вопросы целесообразно рассматривать на примере единого класса объектов. В этом плане диоксид кремния представляет собой весьма удобный модельный объект, который стабильно существует' как в кристаллическом, так и стеклообразном состоянии. Вместе с тем, он имеет и важное прикладное значение, поскольку материалы на основе 8102 широко применяются в электронике, оптике, волноводной технике и многих других отраслях.
Информация о структуре и свойствах поверхностного слоя может быть получена на основе изучения эффекта фотостимулированной электронной эмиссии (ФСЭЭ), закономерности которой чувствительны к энергетическому состоянию и дефектности твердого тела. Параметры ФСЭЭ хорошо сопоставляются с макроскопическими характеристиками поверхности, что, в принципе, позволяет использовать их для прогнозирования функциональных свойств материала. Вместе с тем, к настоящему времени существует ряд определенных трудностей, ограничивающих более широкое применение метода ФСЭЭ в указанных целях. В частности, реатизация разных ионизационных механизмов ФСЭЭ часто приводит к неселективному вида получаемых спектров, что осложняет выделение и количественный анализ эмиссионных полос, принадлежащих дефектам конкретного типа. К аналогичным проблемам относятся и существенное изменение общего уровня эмиссионной активности поверхности, связанное с радиационно-индуцированной поляризацией диэлектриков, а также нестационарность процесса эмиссии, приводящая к искажению контура спектральной полосы при записи в режиме реального времени. Таким образом, проблема фотоэмисси-онных свойств реальной поверхности является комплексной, включающей наряду с изучением дефектности и разработку методических вопросов.
7
Целью работы явилось изучение фотоэмиссионных свойств структурных дефектов в диоксиде кремния и силикатных стеклах с привлечением развитых методических приемов обработки спектров ФСЭЭ и выявление роли эмиссионно-активных дефектов в формировании прочностных характеристик поверхности стеклообразных материалов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Предложены новые методические приемы выделения селективных полос ФСЭЭ и определения концентрации эмиссионных центров в квазистационарном случае.
2. Развит способ расчета кинетических кривых фотораспада для индивидуальных центров, позволяющий определять концентрацию эмиссионных центров неизвестной природы и их микропараметры.
3. Установлено, что доминирующим типом фотоэмиссионных дефектов 8102 и силикатных стекол являются представители семейства Е-центров.
4. Впервые экспериментально обнаружено возбуждение ФСЭЭ в полосах дырочных 0е,*- и диамагнитных В2(х-цснтров.
5. Определены спектрально-эмиссионные параметры точечных дефектов 8Ю2, оптического стекла К8 и технического стекла с термически полированной поверхностью (ТПС).
Автор защищает:
1. Обоснование методик выделения селективных эмиссионных полос в сложных спеюграх ФСЭЭ и построения кинетических кривых фотораспада активных центров одного типа.
2. Результаты экспериментальных исследований ФСЭЭ кристаллического и стеклообразного БЮгС радиационными дефектами, численные значения параметров эмиссионных центров, влияние фактора упорядоченности на пространственное распределение радиационных дефектов.
3. Результаты экспериментальных исследований ФСЭЭ силикатных стекол К8 и ТПС с дефектами радиационного и технологического происхождения.
8
4. Установленные корреляции между эмиссионными и прочностными свойствами стеклообразных материалов с различным типом обработки.
Практическая ценность работы заключается в развитии новых методических приемов обработки спектров ФСЭЭ, повышающих информативность измерений и позволяющих рассчитать микропараметры и концентрацию эмиссионных центров, определить особенности их пространственного распределения в структуре материала. Установленные корреляционные связи между параметрами ФСЭЭ и прочностными характеристиками промышленных стекол, а также выявление роли дефектов определенного типа в формировании механических свойств и лучевой прочности представляют интерес для совершенствования технологии и модификации свойств волоконных световодов, элементов силовой оптики и кварцевых резонаторов для акустоэлектроиики.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на 6й международной конференции "Радиационные гетерогенные процессы” (Кемерово, 1995), на 17м международном конгрессе по стеклу (Китай, Пекин, 1995), па 9й международной конференции "Радиационная физика и химия неорганических материалов.” (Томск, 1996), всероссийской конференции "Химия твердого тела и новые материалы" (Екатеринбург, 1996), на 17м Карпачском семинаре "Экзоэмиссия и сопутствующие явления" (Польша, Турава, 1996), на 12м международном симпозиуме "Экзоэмиссия и ее приложения" (Польша, Ополе 1997), на 7й международной конференции "Физико-химические процессы в неорганических материалах" (Кемерово, 1998), на 5й всероссийской школе-семинаре "Люминесценция и сопутствующие явления" (Иркутск, 1999), на 13м международном симпозиуме "Экзоэмиссия и сопутствующие явления релаксации" (Рига, Латвия, 2000).
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в шестнадцати печатных работах.
9
ГЛАВА 1. ФОТОСТИМУЛИРОВАННАЯ ЭМИССИЯ ЭЛЕКТРОНОВ И СТРУКТУРНЫЕ ДЕФЕКТЫ В НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ ШИРОКОЩЕЛЕВЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ
1.1. Фотоэлектронная эмиссия
1.1.1. Стационарная фотоэмиссия
Испускание электронов с поверхности твердого (или жидкого) тела под действием электромагнитного излучения называется фотоэлектронной эмиссией, внешним фотоэлектрическим эффектом или просто фотоэффектом [1,2,3]. Классический фотоэффект представляет собой стационарный процесс.
На ранней стадии изучения фотоэлектронной эмиссии было установлено (А.Г. Столетов, 1888), что фототок /ф линейно зависит от интенсивности 1 падающего света. Однако в дальнейшем оказалось, что эта зависимость характерна только для области слабых световых потоков. В случае многофотонного поглощения
/ф-РпЛ (1.1)
где Рл - вероятность и-квантового фотоэффекта. При п—1 выражение (1.1) переходит в закон Столетова.
Стационарная фотоэлектронная эмиссия является практически безынерционной. Поэтому при низких интенсивностях света временной ход фототока /ф$) точно повторяет временную зависимость светового потока 1(1).
Другой характерной особенностью фотоэлектронной эмиссии является независимость от интенсивности света максимальной энергии /Гтах эмитти-руемых электронов. А. Эйнштейн (1905) показал, что
ЕтшгНу-еф, (1.2)
где е<р - работа выхода электрона из фотокатода. Частота у0 = е<р/ И или соответствующая ей длинна волны = Ис I е(р определяют длинноволновую (красную) границу фотоэффекта или порог фотоэмиссии.
Максимально возможная кинетическая энергия электронов проводимости в металле при температуре абсолютного нуля равна Е? (энергия Ферми). Для вырывания с уровня Ег одного электрона за пределы эмиттера необходима дополнительная энергия, равная сер. В диэлектриках и собственных полупроводниках на уровне Ферми электроны отсутствуют, наивысшим энергетическим уровнем, с которого возможны переходы электро-
10
нов в вакуум, является уровень, соответствующий верху валентной зоны [3]. Таким образом
Иу0=Ех- Ес + Б8 + X > 0-3)
где Ее - ширина запрещенной зоны; хш электронное сродство.
Минимальная энергия квантов, способных возбудить диэлектрик, равна ширине запрещенной зоны. Отсюда ясно, что эффективность фотоэлектронной эмиссии при заданном значении Ев определяется электронным сродством То есть в вакуум смогут выйти лишь те возбужденные в зону проводимости электроны, которые подходят к поверхности эмиттера с энергией достаточной для преодоления потенциального порога с высотой X
Одной из характеристик эффективности фотоэлектронной эмиссии является квантовый выход г]фэ (эл./кв.) или число эмитгированных фотоэлектронов Л/е, отнесенное к числу поглощенных в приповерхностном слое фотонов Лф [3]:
Щэ - - 0ц/е)/(1/И V). (1.4)
Квантовый выход фотоэлектронной эмиссии может быть существенно повышен за счет снижения электронного сродства, если на поверхность полупроводника нанести монослой молекул с большим дипольным моментом (особенно при получении / < 0). В диэлектриках на эффективность эмиссии могут оказывать влияние также эффекты объемного заряжения. Величина квантового выхода больше, если внутри диэлектрика существует электрическое поле, ускоряющее электроны в направлении к поверхности.
Опираясь на вышеизложенное, легко видеть, что фотоэлектронная эмиссия состоит из двух стадий: 1) возбуждения электронов в зону проводимости и 2) транспорта электронов к поверхности эмиттера с их последующим выходом в вакуум. Фотоэмиссия из диэлектриков определяется, главным образом, процессами фотовозбуждения электронов. Во-первых, эти материалы имеют, как правило, низкие значения электронного сродства. Во-вторых, потери энергии при движении электронов из объема малы, поскольку из-за большой ширины запрещенной зоны и отсутствия электронов в зоне проводимости возможны лишь взаимодействия с фононами. Другой особенностью диэлектриков является фотостимулированная электронная эмиссия, возникающая при возбуждении электронов с дефектных уровней, расположенных в запрещенной зоне.
11
1.1.2. Фогостимулированная электронная эмиссия диэлектриков
Термином "фотостимулированная электронная эмиссия” (ФСЭЭ) обозначают [4,5,6] "явление нестационарной электронной эмиссии с поверхности твердого тела, находящегося в неравновесном (возбужденном) состоянии при подведении стимулирующего воздействия света с энергией ниже порога возникновения стационарных эмиссионных эффектов.”
Неравновесность поверхности возникает в случае воздействия на материал внешних энергетических факторов - деформации, облучения ионизирующими излучениями, закалки и т.п., вызывающих образование эмиссионных центров и приводящих поверхность в возбужденное состояние.
В настоящее время для диэлектрических материалов наиболее полно разработана и экспериментально проверена концепция структурночувствительной ФСЭЭ, рассматривающая ФСЭЭ как результат электронных процессов в приповерхностных слоях материала [4-7]. Согласно этой концепции в механизме ФСЭЭ диэлектриков можно выделить три основных этапа: 1) возбуждение ФСЭЭ, связанное с образованием эмиссионноактивных центров; 2) образование свободных электронов при фотостимуляции; 3) их движение к поверхности и выход в вакуум.
В отличие от стационарного фотоэффекта, стадия возбуждения в этом случае является необходимым условием. Возбуждение ФСЭЭ диэлектриков происходит при воздействии на материал ионизирующей радиации, механической обработки и т.п. в результате генерации электроннодырочных пар, локализация которых происходит на ловушках, образованных биографическими дефектами, а также дефектами, созданными в результате внешних энергетических воздействии.
Важную роль при возбуждении поверхности диэлектрика играют зарядовые эффекты (изменение зарядового состояния поверхности и формирование поля объемного заряда в приповерхностных слоях твердого тела) [8]. Как и в случае стационарной фотоэмиссии, эти эффекты существенно влияют на величину фототока и квантовый выход ФСЭЭ, определяющийся, как отношение числа вышедших электронов к числу поглощенных фотонов.
12
Квантовый выход цфсээ (эл./кв.), исходя из концепции структурночувствительной ФСЭЭ, в общем случае может быть записан как произведение трех параметров: 1) квантового выхода ионизации центров г)п, 2) квантовой эффективности транспорта электронов к границе твердого тела 7Т и 3) квантовой эффективности их выхода в вакуум т]и:
7фсээ= 7» * Лт ‘ (1.5)
Все эти параметры в максимуме не превышают единицы. Например, 7„ определяется отношением числа ионизованных ловушек данного типа к числу возбужденных:
N
п = -^-, (1.6)
Ан дг у ? V /
где - число освобожденных электронов, N - концентрация центров данного типа,/- сила осциллятора фотовозбуждения.
Этап освобождения электронов состоит из стадии поглощения энергии света с передачей ее локализованным в запрещенной зоне электронам и стадии делокализации электронов в зону проводимости. Поэтому, по аналогии с записью квантового выхода люминесценции [9], параметр щ может быть определен, как произведение вероятности ионизации Р„ на время жизни возбужденного состояния т.
П =Р-т =--------^------, (1.7)
" Р„ + Ря+Рв’
где Рп и Р{з вероятности соответственно внутри центровой люминесценции и безызлучательной релаксации.
Возбуждение может быть передано электрону как в результате непосредственного акта поглощения энергии кванта электронной ловушкой, так и в результате процессов с участием неэмиссионных центров окраски. В зависимости от приобретенной энергии возможны переходы электронов непосредственно в зону проводимости или в возбужденное состояние с последующей термической делокализацией [10,11,12]. Иными словами существует несколько механизмов ФСЭЭ, описывающих тот или иной путь освобождения электронов. Этот вопрос является одним из главных в явлении ФСЭЭ и будет рассмотрен отдельно.
Этап движения электронов к поверхности более сложен вследствие многообразия протекающих при этом процессов, основными из которых
13
являются электрон-фононные взаимодействия [13,141, ускорение в поле объемного заряда [8], повторный захват. Потери электронов в процессе транспорта ограничивают максимальную глубину их выхода, которая составляет от 10-г 100 нм до ~1 мкм 17].
Эффективность выхода определяется отношением числа электронов, вышедших в вакуум, к общему числу электронов достигших границы твердого тела. Параметр 7]а зависит от величины поверхностного энергетического барьера х и в диэлектриках близок к 1. Как уже было отмечено в п. 1.1.1, в случае диэлектриков потерями электронов при транспорте также нередко можно пренебречь, тогда ^фсээ ~ 7/и> и величина фототока определяется в основном квантовым выходом ионизации ловушек.
Основными отличиями ФСЭЭ от фотоэффекта являются: 1) относительно низкий энергетический порог эмиссии, поскольку электроны освобождаются из запрещенной зоны; и 2) нестационарность эмиссии, в связи с низкой плотностью состояний в запрещенной зоне.
1.1.3. Механизмы ФСЭЭ
Как уже отмечалось выше, одним из главных вопросов при изучении ФСЭЭ является этап освобождения электронов, так как он определяет механизм эмиссии. Различные варианты делокализации электронов наиболее наглядно можно представить на схеме с плоскими зонами (рис. 1.1).
Наиболее простыми и изученными механизмами ФСЭЭ диэлектриков являются ионизационные. При определенной энергии квантов света становится возможной делокализация электронов с ловушек, созданных дефектами поверхностного слоя материала. Свет с энергией кванта /іу >Еот, где Яоггг - энергия оптической ионизации центра захвата, вызывает либо ионизацию центра с опустошением ловушки (г/и = 1), либо его возбуждение и переход электрона на уровень вблизи дна зоны проводимости, куда электроны попадают затем за счет тепловой энергии (рис. I.1 .а, схема 2). Если N - концентрация центров захвата, Рц(Еощ) - вероятность оптической делокализации электрона в единицу времени, то число электронов дэл, возникающих в единице объема за единицу времени при фотостимуляции, составляет
пф у) = да у) * Рп(Еощ> * К (1.8)
14
Схемы возможных механизмов ФСЭЭ диэлектриков
Е.-Г
±:
!е
-е-
а - ионизационные механизмы (1 - ФСЭЭ с участием возбужденного состояния Ё в зоне проводимости, 2 - ФСЭЭ с участием возбужденного состояния Ё в запрещенной зоне, 3 - ФСЭЭ при прямой ионизации центра); б - рекомбинационные механизмы (1 - центры эмиссии двух типов с близким значением энергии активации, 2 - многозарядные центры эмиссии)
Рис. 1.1.
15
где параметр зависит от величины светового потока и пропорционален коэффициенту а(1}у) поглощения света.
Меняя длину волны стимулирующего света при фиксированной температуре объекта, можно получать спектры стимуляции ФСЭЭ, вид которых зависит от механизма эмиссии.
Механизм Фотоионизациониой эмиссии (ФИЭ) проявляется в основном в случае, ког да энергии тепла не хватает для ионизации возбужденных центров (см. рис. 1.1.а, схема 3) или их возбужденное состояние находится в зоне проводимости (см. рис. 1.1.а, схема 1). В этом случае центры данного типа принимают участие в ФСЭЭ лишь при энергии квантов света, достаточной для их фотоионизации [10-12]. Фотоэмиссионный спектр таких центров в этом случае представляет собой кривую без максимумов, возрастающую в сторону коротких длин волн. Ее вид определяется произведением вероятности фотоионизации центров на вероятность выхода электрона.
При осуществлении механизма фототермоэмиссии (ФТЭ) уровень возбужденного состояния центров находится достаточно близко от края запрещенной зоны и энергии тепла достаточно для его ионизации (см. рис. 1.1.а, схема 2). В этом случае в спектре ФСЭЭ могут проявляться селективные максимумы, совпадающие с максимумами оптического поглощения данных центров [10-12]. Спектральный вид их эмиссионного вклада определяется произведением вероятностей фотовозбуждения, термоионизации с возбужденных состояний, фотоионизации и выхода тепловых и горячих электронов.
Селективные максимумы могут наблюдаться также и при выходе фо-тоионизованных электронов с больших глубин. В этом случае электроны успевают провзаимодействовать с матрицей и термализоваться. Возникновение селективных полос может быть связано с изменением вероятности успешного транспорта горячего электрона к поверхности после термализа-ции в зависимости от его кинетической энергии (при фиксированной кинетической энергии будет повторяться распределение плотности состояний в полосе, с которой делокализуются электроны).
Иными словами, наличие или отсутствие селективных максимумов ФСЭЭ определяется совокупностью факторов, влияющих на соотношение вероятностей фото- и фототермоионнзации, а также вероятностей транспорта к поверхности и выхода в вакуум горячих и тепловых электронов. К
16
таким факторам относятся, в частности, температура образца, концентрация центров ФСЭЭ, толщина эмиссионно-активного слоя, электронное сродство и др. [10-121.
Как уже отмечалось выше, в ФСЭЭ могут участвовать не только ловушки электронов. Наличие дырочных центров в диэлектрике может привести к реализации Оже-механизма делокализации электрона [15,16,17]. Делокализованная в результате фотостимуляции дырка безызлучательно рекомбинирует с электроном донорного центра. Вследствие кулоновского взаимодействия с другим электроном того же центра (случай многозарядного центра рис.1.1. 6-2) или с электроном соседнего, близко расположенного центра (рис. 1.1. 6-1), энергия рекомбинации передается второму локализованному электрону, который освобождается из ловушки и может участвовать в эмиссии. Баланс энергии Оже-ироцесса имеет вид
Е=Е,,-Е1-Е2 + Еют, (1.9)
где Е - кинетическая энергия делокализованного электрона в твердом теле, Еъ - ширина запрещенной зоны, Е\ - энергетическая глубина донорного центра, Е2 - глубина ионизированного в результате рекомбинации центра, Екш - кинетическая энергия дырки. Показано [15,16], что Оже-переходы в отличии от фотоиндуцированной ионизации создают свободные электроны с более высокой начальной энергией, которая в широкозонных диэлектриках может достигать нескольких электрон-вольт.
Участие в ФСЭЭ дырочных центров может проявляться как в виде селективных максимумов в эмиссионных спектрах, так и в виде неэкстремального эмиссионного вклада в зависимости от механизма делокализации дырок. Общий вид спектра ФСЭЭ зависит от природы центров, принимающих участие в эмиссии, и от их концентрации. При этом высокая концентрация центров, ионизующихся по ФИЭ механизму, может маскировать селективные эмиссионные полосы, существенно затрудняя определение их спектральных параметров.
Другой проблемой ФСЭЭ спектроскопии является нестационарность процесса. Высвечивание ловушек в процессе регистрации спектров ФСЭЭ может привести к снижению пиковой интенсивности спектральной полосы за время ес записи, что вызовет ошибку при определении концентрация эмиссионных центров. Считается, что времена регистрации спектральных кривых ФСЭЭ достаточно невелики и эффектами нестационарности, как
17