РОЗДІЛ 2
ЕЛЕКТРОННА РЕЛАКСАЦІЯ РАДІАЦІЙНИХ ДЕФЕКТІВ У АНІОННІЙ ПІДГРАТЦІ ШИРОКОЗОННИХ
ДІЕЛЕКТРИКІВ
Частина енергії збудження при опроміненні твердого тіла є накопиченою у вигляді
структурних дефектів, плазмонів, електронів у поверхневих станах, трансформацій
адсорбованих шарів. В діелектриках і напівпровідниках елект-ронні пастки
утворюють систему енергетичних станів, розташованих у заборо-неній зоні.
Локалізація електронів на цих пасткових рівнях у забороненій зоні приводить до
накопичення енергії. Протягом релаксації ця накопичена енергія може звільнятися
у вигляді ЕЕЕ, люмінесценції, екзоінної емісії, а також части-на її може
перейти у тепло (фононну підсистему).
У ЛГК збудження електронної підсистеми при їх опроміненні іонізуючою радіацією
супроводжується утворенням дефектів кристалічної гратки. Основну роль при
низькоенергетичному підпороговому утворенні радіаційних дефектів при
опроміненні ЛГК відіграють процеси виникнення та релаксації автолокалі-зованих
електронних збуджень та взаємодія останніх з граткою.
Завершальним етапом процесу релаксації низькоенергетичних збуджень є процес
анігіляції (для екситонів) та рекомбінації (для електронів та дірок).
Локалі-зовані носії, незалежно від способу та місця локалізації, стають
центрами рекомбі-нації для носіїв протилежного знаку. Рекомбінація носіїв
заряду і анігіляція екси-тонів можуть бути або випромінювальними, або
безвипромінювальними.
У цьому розділі розглянемо термостимульовану рекомбінацію центрів за-барвлення
радіаційно опромінених кристалів цезій галоїдів. З цією метою з’я-суємо, які
центри можуть виступати ініціаторами рекомбінації, і чи достатньо енергії, що
виділяється при таких реакціях рекомбінаційного відпалу для іоніза-ції
електронного центру з подальшою емісією екзоелектрона (обґрунтуємо
ре-комбінаційну модель).
Для подальших досліджень нам необхідно знати, які електронні центри виступають
у ролі ЕАЦ. Теоретичний розрахунок концентрації ЕАЦ за схемою узагальненого
Оже-механізму екзоемісії Кортова-Шифріна для широкозонних діелектриків з
використанням експериментальних величин струму екзоемісії дасть відповідь на це
запитання.
Розрахувавши величини енергії активації процесу ТСЕЕ та його частот-ний фактор,
ми зможемо з’ясувати порядок кінетики процесу ТСЕЕ – підтвер-дити чи заперечити
релаксаційно-рекомбінаційну природу явища екзоемісії.
2.1. Вихідні експериментальні дані для аналізу
Для виконання завдань цього розділу, нам необхідні експериментальні спектри
термостимульованої екзоемісії кристалів цезій галоїдів, тобто залежно-сті
струму термостимульованої екзоемісії від температури. Один з отриманих спектрів
ТСЕЕ для CsBr після його опромінення ультрафіолетом [21] наведений на рис.
2.1.
Рис. 2.1. Спектр ТСЕЕ кристалу CsBr після УФ-опромінення (D = 4Ч103 Гр).
Опромінення ультрафіолетом проводилось дейтерієвою лампою ЛД(Д)-400Вт, з
використанням кварцевої оптики (фотони з енергією hn Ј 7 eВ), густина потоку j
~ 1013 фот./см2Чс. УФ опромінення CsBr при 295 К в області ефективного
екси-тонного поглинання 6,6ё6,75 eВ селективно утворює аніонні екситони
(оскіль-ки енергія випромінювання практично співпадає з шириною зони
заборонених енергій кристала, а для утворення катіонних екситонів (збудження
катіонної підсистеми) необхідна вдвічі більша енергія). Це зумовлює сильне
поглинання УФ ( ~ 104ё105 см-1) у тонкому приповерхневому шарі ~10-4 см.
Поглинена доза оцінювалась за відомими параметрами УФ потоку і опромінюваного
кристалу D = j
кристала CsBr (4,44 г/см3), d = 10-4 см - товщина поглинаючого шару. Спектр
ТСЕЕ запису-вався в діапазоні 295ё600 К (швидкість нагрівання b = 0,08 К/с)
[21].
2.2. Термостимульована рекомбінація центрів
На можливість рекомбінаційної природи ЕЕЕ вказувалося вже в роботі [115]. У
роботах [88, 102, 116] розглянута вищезгадана можливість, а також зроблена
спроба ідентифікації процесів, що зумовлюють ТСЕЕ. Зроблено вис-новок, що ТСЕЕ
опромінених кристалів цезій галоїдів зумовлена процесами ре-комбінаційного
відпалу центрів забарвлення (Оже-рекомбінаційний механізм, вперше
запропонований Толпиго).
Аналіз наявних експериментальних даних наштовхнув нас на думку, що, у зв’язку з
тим, що енергія стимулюючої дії (термостимулювання (ТСЕЕ), фо-тостимулювання
(ФСЕЕ)) є суттєво меншою за спостережувану енергію екзо-електронів, то вона не
може бути джерелом їх енергії, а от енергія, що виділи-лася у результаті
протікання певної екзоенергетичної реакції (наприклад, ре-комбінації), може
бути таким джерелом.
Вище згадувалося, що у збудженому опроміненням твердому тілі частина енергії
опромінення є накопичена в електронній підсистемі у вигляді дефектів (центрів
забарвлення). Саме їх рекомбінація (електронна релаксація), що проті-кає з
виділенням енергії (тобто є екзоенергетичною реакцією), може бути при-чиною
появи та джерелом енергії екзоелектронів.
Результати роботи [9], де показано, що при зростанні дози опромінення, коли
утворюються вже комплекси та агрегати ЦЗ, максимуми спектрів ТСЕЕ зсуваються у
високотемпературну область, свідчать на користь такого припу-щення, оскільки
там ініціаторами релаксаційних електронних процесів висту-пають вже центри, що
руйнуються при температурах вищих, аніж елементарні точкові ЦЗ.
Рекомбінація електронних та діркових ЦЗ може відбуватися завдяки міг-рації ЦЗ
як цілого (якщо вони елементарні) або їх складових – після термічного
руйнування комплексів чи агрегатів. Оскільки діркові V- та електронні F-ЦЗ є
комплементарними, то їх кількість змінюється одночасно, тобто їх відпал
про-тікає пар
- Киев+380960830922