Глубокие ... фотостимулированные процессы в ионно-ковалентных кристаллах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Р Г Б 0^ОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

2 8 АВГ 1995

На "правах рукописи

Малая Лилия Яковлевна

ГЛУЕС^Е гамТГСЙЙЛПГЕ:

ФСТОСЩ1У.ШРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ В 1ЮНКО-КСВАЛЕН1кал КРИСТАЛЛАХ

Специальность 01.04.07 физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Воронеж 1995

Работа выполнена на кафедре оптики и спектроскопии Воронежского государственного университета

Научный руководитель - доктор физико-математических наук,

профессор ЛАТЫШЕВ А.Н.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Урывский Ю.К.

кандидат физико-математических наук, доцент Терехов В.А.

Ведущая организация - Институт химической физики РАН

Защита состоится ' " '1995 г. в часов

на заседании специализированного совета К 063.48.02 Воронежского государственного университета по адресу: 394693, г. Воронеж,. Университетская площадь, 1, ВГУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГУ Автореферат разослан "ОАи^ск 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико- математичеейих/йауку

КЛЮКЙН В.И.

ОЕШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тем ы. Современная наука и техни-а предъявляет все более высокие требования к системам записи, бработки и считывания информации, в том числе и оптической. До астояшэго времени для записи оптического изображения оскоенкми стаятся фотографические слои на оснобй галогенидов серебра. Не-

еоОратимость процесса обработки и неьогмоккость р-гвгрсизнсп гз,-иси изображения. В настоящее время разработаны многие бессереб-яные способы записи оптической информации, которые частично или элностью устраняют эти недостатки, но Есе они значительно усту-зют процессу с использованием галогенидов серебра по светочувс-вителъности. Основной фундаментальной проблемой остается от-/тотвие понимания причин уникальных свойств фотографических ма-эриалов на основе галогенидов сэребра.

До сих пор остаются неясными процессы, происходящие з на-эльнок стадии взаимодействия света с микрокристаллами галогени-эв серебра, являющихся основой фотографических слоев. Поэтому зтается неясным почему гашгениды серебра обладают значительно злее высокой светочувствительностью по сравнению с друга.® эисталлами также обладающими смешанной ионно-ковалентной зязыо. В то же время считается доказанным, что светочувстЕп-гльность реальных фотографических слоев определяется поверх-зстными центрами, которые образуются в определенный момент тех-злогического процесса и впоследствии преобразуются под действи-а фотоэлектронов и фотодырок.

Понимание механизмов фотофизических процессов, происходящих галогенидах серебра под действием света возможно при сравнима ных исследованиях роли примесных центров в начальной стадии ?аимодейсгвия света как с кристаллом« галогенидов серебра, так с другими кристаллами с ионко-ковалентной связью. Сравнитель-1© исследования позволяют выяснить уникальные особенности гало-!Нидов серебра, найти возможность их замены, внести вклад в геям фотографического процесса.

Цель работы:

1. Разработка люминесцентной методики исследования поверхностных состояний кристаллов о ионно-ковалентной связью, таки: как АеС1, гпБ и Сс13 в диапазоне температур 77-300 К.

2. Исследование природы глубоких поверхностных энергетических состояний кристаллов с ионно-ковалектной связью, воаткающЕ при адсорбции ионое некоторых металлов.

3. Изучение фотостимулированных процессов преобразована поверхностных кластеров атомно-молекулярной дисперсности в кристаллах хлорида серебра, сульфидов цинка и кадмия.

4. Разработка способов реверсивной записи оптической информации при люминесценцентном считывании.

Научная новизна работы заключается в том, чт< впервые:

1. Обнаружено появление локальных уровней в запрещенной зоне кристаллов А£С1, 1пБ и CdS в диапазоне температур 77-200 К.

2. Обнаружено появление центров рекомбинации е кристалла: гпЗ и CdS, которые образуются под действием УФ облучения с анергией активации 0.01-0.03 эВ и являются малоатомными металлическими кластерами расположенными на поверхности этих кристаллов Эти кластеры являются неустойчивыми образованиями и распадаютс: при повышении температуры или в результате облучения излучение] с длиной волны большей 600 нм.

3. Показано, что ионы двухвалентных металлов, ЕЕОдимые : процессе синтеза хлорида серебра, влияют на поверхностные свойства данного кристалла. На основании кинетического моделировани; сделан вывод об уменьшении концентрации поверхностных центро: бевызлучательной рекомбинации при таком способе синтеза.

4. Разработан люминесцентный фотопроцесс на основе сульфидов цинка и кадмия с применением галогенидов серебра в качеотЕ! светочувствительной компоненты.

-5. Предложен реверсивный способ записи оптической информации, использующий фотостимулированное образование глубоки: электронных ловушек при комнатных температурах в монокристалла ггй.'Си с микрополостями.

Практическая ценность работы определяется тем, что

1. Разработана комплексная люминесцентная методика исследо

1ния природы глубоких центров локализации электронов в хлоридах ■ребра, сульфидах цинка и кадмия.

2. Получены данные об образовании малоатомных металлических :астеров - на поверхности кристаллов ионно-ковалектного типа под ■йствием ультрафиолетового облучения, неучена их устойчивость"к •мпературе и инфракрасному облучению. Это позволило предложить ■верстание среды для записи оптической информации и люминес-■ктного их считывания при комнатках температурах.

3. Получены данные о влиянии количества адсорбированных на !верхности ионов металла на квантовый выход люминесценции крис-ллов ZnS и CdS. Эти сведения могут быть использованы для поеы-

TiäT«"^"«ггорт^тии- jictMvinuJiu^B, ?

■и телевидении.

Основные положения, выносимые а защиту:

1. При адсорбции ионы Zn2+, Cd2+, kg*, Си+совдают в вапре-нной воне кристаллов AgCl, ZnS, CdS глубокие уровни о энергией диапазоне 1,0 - 2,0 эВ от дна зоны проводимости, глубину кото-х можно контролировать с помощью метола фотостимулированной пышки люминесценции.

2. Введение ионов двухвалентных металлов СиА+, Ni4*, Са2+, ■г"\ Cdz+ е кристалл Ag-Cl е процессе синтеза приводит к укень-кию числа центров бегыглучательной рекомбинации связанных с атомами серебра и к уменьшению эффективного сечения захвата их центров.

3. Показано, что под действием УQ иелучения на поверхности исталлав Agül, ZnS, Geis, а такгг.е в этих те кристаллах с адсор-рсьанкыл! "а их поверхности ипнами Cd2+, Ag+ и Cu+, об-.вуктся малоатомкы частицы Меп которые являются центрами бегыз-чательной рекомбинации. Эти центры термически неустойчивы и арушаются при температурах больше 250 К для кристаллов Ag-Cl и льше 400 К для ZnS и CdS. Образование этих центров идет с ергиями активации порядка 0,01- 0,05 эВ. Показано, что меха-эм образования малоатомных частиц Мел под действием УФ иглуче-я универсален для кристаллов ионноковалентного типа.

4. Разработанный люминесцентный фотопроцесс на осноие суль-дов цинка и кадмия с применением композиционных материалов, лючаюадх галогенид серебра в качестве светочувствительной ком-

поненты.

5. Реверсивный способ записи оптической информации, использующий фотостимулироЕанное образование глубоких электронных ловушек при комнатных температурах в монокристаллах гпБ.-Си с мик-ропослостями, распределние которых представляет собой записанную информацию.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Фотографические процессы на основе галогенидов серебра" (Черноголовка, 1933 г.), на Международном симпозиуме по системам изображения ( Дрезден, 1939 г.), на международном конгрессе по фотографической науке ( Пекин, 1990 г.), на Пятом Всесоюзном совещании "Радиационные гетерогенные процессы ( КемероЕо, 1890 г.), на Второй конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом ( Ленинград, 1990 г. ), на Всесоюзном симпозиуме "Фотохимические и фотофизические процессы в гаяогенидах серебра" С Черноголовка, 1990 г. ), на Всесоюзной конференции по люминесценции ( Москва, 1991 г. ), на научно-технической конференции "Проблемы развития техники и технологии кинематографа" (С. -Петербург, 1992 г. ), на Международном конгрессе по фотографической науке ( Рочестер, 1994 г. ), на Международной конференции по люминесценции ( Москва, 1994 г. ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ.

Структура и объем работы. Диссертация

состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы,

включающего наименования. Она содержит 168 страниц, включая 6 таблиц и 60 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Во введении показана актуальность темы, обоснован выбор экспериментальной методики, сформулированы цели и задачи работы, перечислены положения, выносимые на защиту.

В первой главе систематизированы имеющиеся в литературе сведения о центрах люминесценции и о собственных и примесных центрах, являющихся электронными ловушками в галогени-

эх серебра, сульфидах цинка и кадмия. Из анализа этих данных целан еыеод о применимости метода ФСШГ для исследования сесйств яубоких-электронных состояний в хлориде серебра, возникающих в гэультате облучения. Проанализированы, имеющиеся" в литературе ведения, о методах расчета глубоких электронных состояний в гориде серебра, приведены численные значения глубины электрон-¿X состояний, расчитанных методом МО ЛКАО С 1 ] . Описаны фото-гимулированные процессы на поверхности галогенидов серебра при 1зких температурах. Показано, что данный процесс состоит из ¡ух стадий : перЕая - поверхностная фотостимулировакная мигра-

»о—»»^¿йРлНссгк__полупгутапяника под

>йствием ультрафиолетового (УФ) излучения, гтсрсп - обр»яг>*анйв~ июатомных серебрях кластеров на поверхности галогенидов сереб-

На основе анализа литературных данных сформулированы цели и дачи данной работы.

Рассмотрена возможность использования глубоких примесных стояний в кристаллах в качестве элементов оптической памяти, кагана необходимость поиска реверсивных систем записи инфорна-и, позволяющих записывать и считывать информацию при комнатных мпературах.

Во второй главе описана измерительная алпарату-, методики исследований.

Спектры люминесценции и спектры фотостимулированной вспышки минесценции измерялись на автоматизированном спектральном иплексе, созданом на базе дифракционного монохроматора ЩР-4, равление процессами измерения осуществлялось с помощью микро-'4 "Электроника ДЗ-28", обработка результатов измерений произ-цилась на машине "Электроника-85", соединенной со спектральным ¿плексом. Информация в виде графиков и таблиц выводилась на зан дисплея. Люминесценция регистрировалась с помощью ФЭУ-79, 5отающего в видимой области в режиме "счета фотонов", в инф-срасной области - с помощью метода синхронного детектирования.

Из рассмотрения кинетической модели кристаллофосфора, имею-"о два типа центров рекомбинации ( центров люминесценции ) и юго типа электронных ловушек в запрещенной зоне полупроЕод-са следует, что коэффициент кинетики, равный отношению ампли-(Ы вспышки к полной высвеченной светооумме фотостимулированной

вспышки люминесценции, пропорционален среднему эффективному сечению поглощения фотонов как и для более простой модели с одним центром рекомбинации.

А б" I' п

к= - «- = 6-1 мб

5 п

где А - амплитуда вспышки;

Б - полная высвеченная огетосуша вспышки;

к - коэффициент кинетики;

I - квантовая интенсивность Ж излучения;

п - концентрация электронных ловушек;

6 - среднее эффективное сечение поглощения фотонов;

оо

$ ли <И = п --■ N

о N1+ N2

N1 и N2 - концентрации центров локализации электронов; N - концентрация ионизованных центров люминесценции; 5(1) - квантовая интенсивность люминесценции. Таким образом зависимость Б от энергии квантов стимулирующего излучения Е характеризует плотность состояний локальных уровней в запрещенной зоне кристалла.

В отличие от случая с одним центром рекомбинации для которого высвеченная светосумма равна или пропорциональна светосуы-ме, запасенной на электронных ловушках, в случае с двумя центрами рекомбинации высвеченная светосумма пропорциональна или равна светосумме, запасенной нз центрах, в полосе люминесценции которых измеряется фотостимулированная вспышка люминесценции (ФСВЛ).

В третьей главе исследовалось глияние адсорбции ионов различных металлов на люминесцентные и вспышечнке свойства А£С1, гпБ и Сс13. Адсорбция ионов на реальную поверхность полупроводников производилась из растворов.

В первом параграфе данной главы представлены спектры люми-несцнции и ФСВЛ микрокристаллов А%С1. Эти кристаллы были подвергнуты облучению лампой накаливания, мощностью 100 Вт в течение 10 минут и эти же кристаллы обрабатывались в растворе, содержащем ионы серебра. При экспонировании образца изменяется плотность энергетических состояний данного кристалла на глубине 1,6 -1,9 эВ от дна зоны проводимости, увеличивается эффективное

зечение поглощения на глубине порядка 1,6-1,9 эВ и уменьшается за глубине 0,6-1,2 зВ от дка зоны проводимости. Как следует из зитературных данных, подобный эффект наблюдается при выходе из ipiinoEpxHOCTHoro слоя ионов сребра на поверхность.

Аналогичный эффект наблюдается в результате обработки "в растворах, содержащих ионы серебра, определенной концентрации. В юльзу серебряной пророды, .адсорбированных на поверхности цент-зов говорит также тот факт, что обработкой засвеченного образца л образца, содержащем ионы серебра в поверхностном окислителе зеребра - феррицианиде калия - их спектры стимуляции вспышки ° инупдное состояние.

Бее зто основание , " mm wG^^Ccr;" "

эе, содержащем ионы металла, в концентрации iu-"' - Т1а-

зовых частей от веса основного вещества на поверхности ионно-ко-валетных полупроводников образуются частицы металла атомно-мол-кекулярной степени дисперсности.

В первом параграфе данной главы было показано также, что в процессе синтеза микрокристаллов AgC-1 на поверхности образуются зеребряные частицы атомной (Afn+) и квазимолекулярной степени дисперсности Аал° , п=£,3,4 ... в зависимости от концентрации зеребра в исходном растворе. Эти частицы, находясь в нейтральном состоянии, являются центрами элекрокно-дырочной рекомбинации л образуют полосы люминесценции в красной и ближней Ж области зпектра. Эти частицы проявляются в спектре стимуляции ФСВЛ. Им зоответствуют уровни на глубине порядка 1,6-2,0 эВ от дна зоны зроводимости и зависимость полной высвеченной СЕегосуммы ФСВЛ зт энергии стимуляции вспышки характеризует спектр поглощения этих центров. Спектр излучения сдвинут в длинноволновую область, ¿то может характеризовать стоксов сдвиг в несколько десятых элек-гронвольта. При высушивании микрокристадлов, вследствие контакта с кислородом воздуха поверхностные серебряные центры окисляется превращаясь в образования типа Agn+ . п=1,2,3..., которые теряют свои рекомбинационные свойства и становятся эффективными аовушками электронов.

Во втором параграфе третьи главы для моно- и микрокристал-аов ZnS и Ods при Т= 77 К были исследованы спектры люминесценции и ФСВЛ кристаллов, обработанных в растворах, содержащих аоны Cdz+, Ag+ и Cu+ для кристаллов CdS и ионы Zn2+ , Ag-+

Рис. I. Распределение плотности локальных состояний в запрещенной зоне (I), ¿п 5 (2\

(з).

Рис. 2. Зависимость интонсие ти люминесценции от ко-иентр ионное металлов на поверхнос кристаллов: ZiS L- , с 3- Af ; G/S Céz\ 5-, б- h>+ .

..Рис. 3. Положение уровней локализации и рекомбинации электроне в запрещенной зоне кристаллов (а), (6х и (

(в эВ).

и Cu+ для кристаллов ZnS.

Зависимости Еысвеченной светосуммы S(E), которая пропорциональна __ плотности электронных состояний в запрещенной зоне, для необработанных кристаллов приведены на рис.1

При небольшой концентрации ионов металлов в растворах наб-~ людается увеличение интенсивности люминесценции е основной полосе с Wx= 515 нм с ДЛЯ CdS ) и Wx= 490 нм ( ZnS ), а при увеличении концентрации ионов металлов в растЕоре - интенсивность люминесценции - уменьшается (рис. 2).

Это можно объяснить тем, что на поверхности микрокристал-

' в о-хлйч.;« сг-^'онпкписталдов ) среди множества дефектов имеются такие, с одч^и »-«ruàm. Zzz'-ii-

лучательной рекомбинации, снижающими квантовый выход, а о другой, теряют это свойство при адсорбции иона металла в этом месте. Такими дефектами могут быть, например, вакансии металла на поверхности. И в случае микрокристаллов таких вакансий может быть достаточно много. Адсорбирующиеся ионы металла могут занимать вакантные места "залечивая" поверхность. При этом количество центров безызлучательной рекомбинации уменьшается, что приводит к увеличению интенсивности люминесценции кристалллов в видимом диапазоне.

При увеличении концентрации ионы металла при адсорбции, кроме Еыше упомянутого процесса, могут образовывать частицы Меп ; п= 2,3... молекулярной степени дисперсности и малоатом-кые кластеры, обладающие металлическими свойствами (п > 10).

Образование таких частиц приводит к появлению центров, обладающих свойствами безызлучательной рекомбинации, конкурирующих : центрами люминесценции, снижая интенсивность люминесценции.

Оказалось, что при адсорбции Есех выше перечисленных металлов на поверхность сульфидов кадмия и цинка, в спектрах ФСВЛ происходят изменения, указывающие на появление электронных состояний на глубине порядка 1-2 эВ от дна зоны проводимости. Это хорошо согласуется с теоретическими расчетами (рис. 3).

В третьем разделе было исследовано влияние ионов двухвалентных металлов на параметры ФСВЛ для образцов AgCl.

Оказалось, что для микрокристаллов AgCl, синтез которых доводился в присутствии ионов двухвалентных металлов, светосум-ла ФСВЛ возрастает по сравнению о чистым AgCl в интервале энер-

гий, стимулирующих ФШЛ квантов от 0,6 до 1,9 эВ, Причем отмечено необычное возрастание светосуммы - она во всем интервале энергий возрастает в одно и тоже число раз для данного металла, то есть характер распределения энергетических уровней в запрещенной зоне кристалла не изменяется.

Такое поведение оветосумм было кинетически промоделировано.

"Синхронное" изменение спектра стимуляции ФСВЛ удалось объяснить снижением концентрации центров рекомбинации, конкурирующих с центрами люминесценции.

Из анализа кинетической модели следует, что в случае сложной системы глубоких уровней в кристалле экспериментально наблюдается среднее сечение захвата фотонов

б1'б1'Ы1 + б2'б2"М£

бэфф" --г

бгЫа + «г* N2

где ба, 5г - вероятности захвата свободных зарядов на ловушки;

61, бг - эффективное оечение поглощения излучения собственными и примесными ловушками:

N1, N2 - концентрация центров локализации электронов.

При синтезе микрокристаллов галогенида серебра с любыми ионами двухвалентных металлов для обеспечения электронейтральности должно увеличиваться количество нестехиометрических ионов галогена, . что приводит к понижению содержания адсорбированных атомов серебра. Это в свою очередь уменьшает возможность образования металлических кластеров, являющихся центрами безыглучательной рекомбинации. Показано, что примесь двухвалентных ионов, вносимых в объем, существенно влияет и на поверхностные свойства кристаллов.

В четвертой главе изучалось фотостимулиро-ванной преобразование поверхностных мастеров атомно-молекулярной степени дисперсности в кристаллах А^С1, 2п5 и С<ЗБ .

С целью выяснения влияния состояния поверхности на фотофизические процессы, происходящие в галогенидах серебра были исследованы микрокристаллы А§С1 изготовленные при избыточной концентрации ионов С1~, для того, чтобы обеспечить минимально возможную концентрацию адатомов серебра на поверхности АвС1.

Впервые был обнаружен процесс увеличения интенсивности лю-

минесценции AgCl, при облучении его УФ излучением при 77 К. Этот процесс можно объяснить фотостимулированным переходом межузель-ного Ag ив приповерхностной области на поверхность и рекомбинацией его с поверхностной катионной вакансией.., которая, как было показано ранее рядом авторов, играет роль центра безыв-лучательной рекомбинации. Фотостимулированное обогащение поверхности ионами серебра в дальнейшем приводит к появлению процесса уменьшения интенсивности люминесценции, под действием света, который протекает таким же образом, как он протекает и при нанесении атомов серебра на поверхность хлорида серебра, например, ив

ПМО'ТВОра- -------------

Известно, izo в регул?тэт* sr^^w.^iporz::"'' "»»««¡¡n при комнатной температуре образуются устойчивые малсатомнге^ частицы серебра-кластеры, центры скрытого изображения (ЦСИ).Оказалось, что таким частицам соответствуют глубокие электронные уровни в запрещенной зоне AgCl, которые могут быть обнаружены с помощью метода фСЕЛ. С другой стороны длительное облучение хлорида серебра при низких температурах ( порядка 77-120 К ) приводит к возникновению поверхностной фотоотимулированной миграции (ГШ) адсорбированных ионов и атомов серебра по поверхности AgCl, в результате чего образуются термически неустойчивые частицы, обладающие рекомбинационнкми свойствами. В работе была проанализирована взаимосвязь ЦСК и центров, возникающих при УФ возбуждении при низких температурах.

На основании анализа литературных данных и экспериментальных результатов было сделано предположение, что явление ПФМ ада-томов металлов по поверхности определяется достаточной долей ко-валентности ионно-ковалентных кристаллов.

О целью проверки этого предположения были исследованы микрокристаллы ZnS и CdS с адсорбированными на их поверхности ионами металлов: Zn2+, Cdz+, Ag+ и Cu+ .

Оказалось, что в результате воздействия УФ излучения, способного создать свободные электроны и дырки, на всех выше перечисленных кристаллах наблюдается ПФМ адатомов по поверхности полупроводника. О наличии ПФМ и созданию малоатомных кластеров металла можно судить по уменьшению интенсивности стационарной люминесценции в основной полосе.

Процесс ПФМ протекает на этих кристаллах с малой анергией

активации ( 0,01-0,03 эВ ), что объясняет заметную светочувствительность поверхностно-активных микрокристаллов вплоть до температуры жидкого азота.Образовавшиеся центры являются термически нестабильными и распадаются при отогреве образцов до 400 К.

Явление ПФМ изучалось также на специальным образом синтезированных монокристаллах гп5, содержащих примесь меди. Кристаллы синтезировались таким образом, что при переходе через точку расплава в кристалле создаются микрополости, которые идеально защищены от воздействия кислорода и других неблагоприятных факторов. Показано, что процесс ПФМ идет и на кристаллах, содржащих микрополости, причем чем большее количество микрополостей содержит кристалл, тем больше центров безызлучательной рекомбинации образуется. Причем, если в спектре люминесценции образцов, не содержащих микрополости наблюдается .только одна полоса люминесценции с Хщах» 460 нм, то для образцов с микрополостями наблюдается две полосы с Атах= 460 нм и Ашах« 510 нм, причем вторая полоса доминирует.

Было отмечено особо интенсивное протекание процесса образования центров безызлучательной рекомбинации на деформированных специальным образом образцах, содержащих микрополости. Все выше перечисленные факты дают основание предположить, что при перестройке решетки в результате деформации не только разрушаются центры безызлучательной природы, но и за счет медленного движения дислокаций, сопутствующей деформации, на поверхность пор выносятся примесные атомы меди, которые становятся адсорбированными атомами. Сильные световые потоки способны инициировать перемещение этих атомов по поверхности и образовывать из них металлические кластеры. Образовавшиеся кластеры становятся центрами рекомбинации, конкурирующими с центрами свечения, что приводит к снижению квантового выхода в рассматриваемых полосах (рис. 4).

В четвертом параграфе данной главы была проанализирована кинетическая модель кристаллофосфора, содержащего.один уровень рекомбинации и два типа электронных ловушек. Была выяснена зависимость экспериментально измеренных параметров ФСВЛ от времени УФ возбуждния, определяющего степень заполнения ловушек электронами. Показано, что если в результате освещения возникает сравнительно небольшое число глубоких электронных ловушек, имеющих

500

боо Л,ни о,в

Рио. 4. Спектр лшинеоцекштк ¿п5:Си 1-исходный , 2-сблу-ченный УФ ,5-2 отогрет до

Рис. 5. Распределение плотности ло-калшык состояний в запрещенной зоне 1п5гСи 1-исходный, 2-облученкый, 3 - 2 отогрет до 1=400 К

эффективное сечение гахвзта большее, чем у ловушек собственной природл-, то более точные регул*, таты получаются, если параметры ФСЕЛ ;:гмеряютсл п?:-г кагых времена'-: УФ возб'/ждения. Эти результаты ккгггвческегс усделирсвачия были полтверждены экспериментально.

Р пят с й главе Склс треплгажено несколько сред для гапиои шйормании и лгмннесцнтного ее считывания.

Исследована активация люминесценции неорганических криотая-лофсофоров и CdS на примере композиций в виде коалисцирован-нык *ютс«рке:г2Я5ов сугяфша кадмия или цинка и галогенида серебра. В прсаеос. активами сульфидов серебра введена стадия экс-псялронзнкя. Это позволяет влиять ка количество фотолитического серебра, яспользу&мого 5 качестве яктиЕирушей примеси. Показано, что интенсивность люминесценции после термической диффузии каталитического серебра в решетку криоталлофоофора пропорцио-

нальна величине экспонирования композиции. При этом количество серебра составляет Ю-7- 10"5 от веса основного вещества. На основании этих исследований предложен позитивный люминесцентный фотопроцесс на основе неорганических кристадлофосфоров. Сравнение характеристак кривых, полученных данным способом и характеристик пленки Микрат-200, полученных без стадии проявления, показало, что чувствительности этих способов сравнимы.

В последующих параграфах данной главы показано, что под действием высокоиитенсивкого УФ излучения при комнатных температурах наблюдается изменение параметров ФСВЛ в монокристаллах сульфида цинка, активированного медью и содержащего микрополости. Параметры ФСВЛ полностью восстанавливаются при нагревании монокристалла до 400 К. На основании этих исследований предложен реверсивный способ записи оптической информации и люминесцет-ного считывания. Предложенный способ позволяет многократно осуществлять цикл запись-стирание оптической информации. Предложенный способ записи оптической информации запатентован.

В з аключении сформулированы основные результаты и выводы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработанная люминесцентная методика исследования глубоких энергетических состояний для кристаллов, обладающих фотос-тимулированной вспышкой люминесценции позволяет фиксировать изменение этих состояний в результате поверхностных фотохимических процессов.

2. Показано, что в процессе адсорбции ионов и атомов металлов на поверхности кристаллов АдС1, гпБ и СЙ5 сначала снижается концентрация поверхностных катионных вакансий, что приводит к увеличению.интенсивности люминесценции, а затем с увеличением концентрации металла образуются малоатомные частицы типа Меп (п < 10), являющиеся центрами безызлучательной рекомбинации. При этом возникают глубокие электронные состояния, связанные с адсорбцией металла над катионом или анионом поверхности.

3. Обнаружен эффект увеличения интенсивности излучения люминесценции хлорида серебра при синтезе микрокристаллов АбС1 в присутствии ионов двухвалентных металлов. Этот эффект объяснен снижением числа поверхностных дефектов, играющих роль центров

конкурирующей рекомбинации.

4. Установлено,что первичные процессы взаимодействия излучения с кристаллами_AgCl, ZnS и CdS, во-первых, наиболее интенсивно происходят на поверхности,"имеющей-адсорбированные атомы и ионы металлов, а, во-вторых, протекают одинаковым образом и сопровождаются фотостимулировакной миграцией адатомоЕ по поверхности кристаллов с энергиями активации порядка 0.01 - 0.05 эВ.

5. По результатам исследований предложено два способа записи оптической информации с люминесцентным считыванием, в том числе и реверсивный, который запатентован.

Основные результат слу^т*'"*'"™»«« ^ с^сд'""™"«

работах:

1. Волошина Т.В., Малая Л.Я., Семенов Е.А. спектры фотости-мулированксй вспышки люминесценции примесных центров в хлориде серебра // Тез. докл. Всесоюзной конференции "Фотографические процессы на основе галогенидов серебра". - Черноголовка, 1983. -С. 212-214.

2. Латышев А.Н., Гренииин С,Г., Малая Л.Я. и др. Люминесцентный фотографический процесс на основе фотоактивации сульфидов шкка и кадмия // Журнал научн. и прикл. фотографик и кинематографии. - 1986. - Т. 31, вып. 5. - С. 379-381.

3. Клюев В.Г., Кушнир М.А., Малая Л.Я. и др. Светочувствительные люминесиирутощие многослойные пленки для записи оптической информации, полученные лазерным напылением // Журнал научн. и прикл. фотографии и кинематографии. - 1S86. - Т. 31, вып. 6. -С. 40"-454.

4. СеменоЕ Б.Н., Деревянко Е.5., Малая Л.Я, Получение люминесцентных пленок сульфида цинка распылением растворов на нагретую подложку // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. - 1587. - вып. 2. С. 202-205.

5. Латышев А.Н., Волошина Т.В.. Малая Л.Я. и др. Зависимость фохостимулированной вспышки люминесценции от температуры протекания фотохимического процесса в хлориде серебра // Журнал научн. и прикл. фотографии и кинематографии. - 1990. -Т. 34, ВЫП. 4. - С.296-299.

6. Кушнир М. А., Шмурак С.З., Малая Л.Я. Люминесцентная запись оптической информации на пористых кристаллах сернистого

цинка // Тез. докл. Всесоюзной конференции "Оптическое изображение и регистрирующие среды". - Ленинград, 1990. - С. 26.

7. Latyshev A.N., Voloshina Т.V., Malaya L.Y. Luminescence Studies of Photographic process initial stage // The Advancement of Imaging Science and Technology Proceedings of International Congress of Photographic Science.-Beljing,Chine,1990. -P.175-177

8. Латышев A.H., Волошина T.B., Малая Л.Я. и др. Стационарная и фотостимулированная люминесценция ионно-ковалентных кристаллов о адсорбированными малоатомными кластерами серебра и меди // Журнал прикл. спектроскопии. - 1991. - Т. 55, вып. 5.- С.763-767.

9. Латышев А.Н., Волошина Т.В., Малая Л.Я. и др. Фотохимически активные поверхностные центры галогенсеребряных микрокристаллов // Журнал физической химии. - 1991. - Т. 65, вып. 6. -С. 1491-1497.

10. Клюев В.Г., Кулаков М.П., Малая Л.Я, и др. Влияние деформации и больших световых потоков на люминесценцию монокристаллов сульфида цинка с микропорами // Журнал прикл. спектроскопии. - 1993. - Т. 59, вып. 3-4, N 1620-В93.

11. Klyuev V.G., Malaya L.Y., Latyshev A.N... Influence of Degree of Photoemulsion Exposure on Luminescence Fatique of Silver Cloride // CPS'gu: The Physics and Chemistry of Imaging system JS&T'S 47/h Annual Conferance. - Rochester, USA, 1994. -P.224-225.

12. Латышев A.H., Шмурак С.З,, КушнирМ.А., Малая Л.Я., Клюев В.Г. Среда для записи информации / Положительное решение по заявке от 30.04.92, выдано 12.11.93, N Б054946 / 24 (021471).

Цитируемая литература:

1. Латышев А.Н.. Оптические и электронные свойства серебряных центров и их роль в начальной стадии фотохимического процесса в галогенидах серебра. Диссертация доктора фиэ.-мат. наук. Воронеж,1985.-313 с.

Заказ 176 от II.05.95 г. Тир. 100 экз. Формат 60 X 90 1Дб. 0<5ъем I Е.я. Офсетная лаборатория ВИ".