Динамика радиационно-индуцированного объемного заряда в неупорядоченных диэлектриках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Р Г 6 од

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ; ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ .ИНСТИТУТ-

На правах рукописи

ПЕРОВА Ирина Александровна

Д/ПШ.ЙСА РЛДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВА}ШОГО ОБЪЕМНОГО ЗАРЯДА V ' В НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ. ДИЭЛЕКТРИКАХ .

(0I.C4.I0 - (Гкзккз полупроводников п д;юлектр;:ков)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

- Москва - 1993

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физическом институте,

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

про|кзссор В.И.Архипов доктор физико-математических наук, профессор

Л.И.Руденко

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук '

Ю.А.Гороховатский : доктор физико-математических наук А.П.Тютнев

Ведущая организация: 1 институт..физической химии РАН ;

Защита состоится час. на заседании

специализированного совета К053.03.08 в Московском инженерно-физическом институте по адресу: 115409, Москва, Каширское шоссе, д.31, тел. 324-84-98.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заворешшГ: печатью организации.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан ' " С^ТЯс'Л^ 1У93 г*

Ученый секретарь специализированного совета

^^ С.Т.Корнилов

Подписано в печать 03 . Заказ 0. Тираж экз.

Типография МИФИ, Каширское шоссе, 31. ■

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Исследование радиационно-сткмулированннх процессов в неупорядоченных диэлектриках представляет значительный интерес в связи с широким использованием таких материалов в различных приборах и устройствах, работающих в полях ионизирующих излучений. Неупорядоченные диэлектрики в настоящее время широко применяются в качестве'изоляционных материалов, на их основе создаются различные приборы /микрофоны, дозиметры, акустические датчики, переключатели и т.д./. В этой связи возрастает значение дальнейшего изучения радиационной электропроводности, кинетики накопления и релаксации объемного заряда в таких материалах, а.также вопросов электрического пробоя при воздействии ионизирующего излучения.

В настоящее'время надежно установлено, что процессы переноса и 'релаксации' заряда в неупорядоченных диэлектриках в течение длительного интервала времени происходят в дисперсионном режиме. Дисперсионный характер переноса носителей, заряда существенным образом влияет на характеристики различных процессов и явлений в неупорядоченных материалах. Это обстоятельство обуславливает необходимость изучения радиационной электропроводности и процессов перекоса, накопления и релаксации заряда в дисперсионном режиме.

Цель работы. В диссертации были поставлены следующие цели: 1. провести анализ и расчет кинетики радиационно-индуцированного заряда в неупорядоченных диэлектриках при облучении их.легкжя! заряженными частицаш /гамка-квантами, электронами/; 2. проанализировать и рассчитать кинетику релаксации избыточных носителей заряда в треках тяжелых заряженных частиц; 3. проанализировать и рассчитать влияние температуры и сильных электрических полей на процессы релаксации объемного заряда в неупорядоченных диэлектриках.

Научная новизна.

Впервые решена задача о релаксации заряда в толстом слое гамма-облучеиного неупорядоченного диэлектрика в режиме дисперсионного транспорта носителей заряда, объяснен эффект расслоения объемного заряда на положительно и отрицательно заряженные области.

Впервые сделан вывод о возможности неланжевеновского механизма рекомбинации носителей заряда в неупорядоченных диэлектриках в условиях непрерывного облучения быстрыми заряженными частицами, объяснены результаты экспериментов по радиационному заряжению диэлектриков.

Впервые решена задача о релаксации неравновесных носителей .■;. заряда в треках тяжелых заряженных частиц в режиме дисперсионного г транспорта носителей заряда. . ■-■■■.

Впервые проанализировано влияние эффекта Пула-Френкеля на т- ; нетику перенсоа объемного заряда в режиме дисперсионного транспорта : носителей. ' I

' Практическая ценность. '

Результаты диссертации могут быть использованы для интерпрета- , ции экспериментальных результатов по кинетике радиационной электро- ; проводности и радиадионно-индуцированного заряда, для разработки, : мер ио повышению радиационной стойкости неупорядоченных диэлектриков, применяемых в различных приборах и устройствах, работающих в поляк ионизирующих излучений, для анализа режимов работы и оптимизации параметров приборов,.разработанных на основе таких материалов. Основные положения, внкосимне на защиту: .■■;,,-.. '

1. В процессе релаксации объемного заряда, индуцированного в . ' толстой пластине.неупорядоченного диэлектрика импульсом гамма-изду- ; ченин, имеет место .его расслоение на положительно и. отрицательно заряженные области.

2. Кинетика радиационно-гстимулированного тока в образце неупоря- ; доченного диэлектрика, непрерывно облучаемого потоком быстрых заряженных частиц /длина пробега частиц меньше толщины образца/ определяется величиной параметра с.) , представляющего собой отношение константы, бимолекулярной рекомбинации носителей Я- к лаккввеновской константе рекомбинации (ч^е^чс./д&) _ , Здесь -подвижность делокализованных^ носителей,. &■ - заряд носителя, -диэлектрическая проницаемость материала. При достаточно малых значениях этого параметра, заключенных в некотором ограниченном интер- ' вала величин, иу<еет место знакоперешнная кинетика радиациогпю-сти-

; мулированного тока, -при больших значениях этого параметра величина токаМонотонно убывает со временем. Диапазон значений параметра (Щ-Я-/7$~е/Чс.) » при которых имеет место знакопеременная кинетика тока, зависит от, теша генерации носителей заряда бь . . С увеличв-' нием (г, этот диапазон увеличивается, но ни при каких значениях темпа генерации нельзя получить знакопеременную кинетику тока при ланкевеновской константе рекомбинации Ц. =■ /д5-.

3. Кинетика объемного заряжения диэлектрика в режиме равномерной объемной высокоэкаргетической инжекши заряженных частиц такяе определится величиной параметра . При малых значениях

этого параметра, заключенных в некотором ограниченном интервале величин, временная зависимость плотности объемного заряда является немонотонной /с максимумом/, при больших значениях этого параметра плотность объемного заряда вплоть до выхода на свое стационарное з паче гаю является монотонно возрастающей функцией времени.

4. Задача о релаксации неравновесных носителей заряда в треках облученного тяжелыми заряженными частицами неупорядоченного дао.вк-трика в режиме дисперсионного транспорта носителей может быть решена в рамках модели предписанной диффузии в двух предельных случаях: в случаэ диэлектрика со схожими энергетическими спектрами локализованных состояний для электронов и дырок / и; в случае диэлектрика с сильной асимметрией в спектрах дырочных и электронных ловушек. Так в случае сферически симметричного трека на начальной стадии релаксации полное число носителей заряда в треке

<?/£} быстро убывает в результате интенсивной рекомбинации носителей, но спустя' некоторое время эта величина выходит на свое стационарное значение ; это означает, что плотность носителей, распределенных: в пространстве, столь мала, что вероятность рекомбинации электронов и дырок друг с другом практически равна нулю, и процесс релаксации сводится к диффузионному движению носителей в пространстве. Знание функции позволяет вычислять плотности носителей заряда, и, следовательно, радиационную электропроводность диэлектрика.'/'- _.-.■:.. : ' ..:. • ■ ■' "

Влияние эффекта Пула-Френкеля на дисперсионный транспорт объемного заряда является существенным лишь для сильных электрических полей. Учет этого эффекта при анализе разряда фотоприомника приводит к значительному увеличению скорости спада напряжения на фотоприемшке только на начальной1 стадии, его 'разряда, когда поле в объеме фотоприемника достаточно велико. На завершающей стадии релаксации заряда эффект Пула-Френкеля практически не влияет на разрядные характеристики фотоприемника. ' ' ■■....

Апробация работы.

Результаты, .вошедшие а диссертацию, докладывались на содьмой Всесоюзной конференции; по радиационной физике и химии неорганических материалов /Г.*га, октябрь 1989/, на семинаре "Радиационная физика твердого тела" /Севастополь, таль 1990/, на Ш Всесоюзной научной конференции "Физика окисннх пленок" /Петрозаводск, апрель 1991/, на И Международной школе-симпозиуме "Физика и химия твердого тела" /Благовещенск, июнь-июль 1991/, на Всесоюзном научно-техническом

совещании "Электрическая релаксация и кинетические явления в твердых телах" /Сочи, сентябрь 1991/.

Список работ, в которых опубликованы основные результаты диссертации, содержит 9 публикаций.

Структура и объем диссертации,v 'у,, у

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Общий : объем диссертации состоит из 147 страниц текста, которые включают 22 рисунка и список литературы из 86 наименований.

СОДЕРлАШЗ ДОСЕРТАЦИИ

Диссертация посвящена изучению процессов накопления и релаксации радаациошю-индуцированного объемного заряда в неупорядоченных диэлектриках. Анализ дисперсионного транспорта носителей заряда проводится в рамках модели, развитой в работах Архипова В.И. и Руденко А.И. /см., например, Arkhipov" V Л., Rudenko к.I. Drift and diffusion in materials with traps .II.'Hon-equillbriuia transport regime. - Fhil. Hag. B, 1982,. v. 45, К 2, p. 169 - 207/.

Большинство численных расчетов в диссертации выполнено для случая экспоненциального распределения локализованных состояний по энергии: {¿Vè/go ) РЛр1- Ж/ёо ) , где <§- энергия лока-

лизованного состоя1Шя, >4 - полная плотность ловутаек, èf0 - характерный параметр распределения.

В первой главе диссертации изучается кинетика радиационно-инду-цирова1шого заряда в неупорядоченных диэлектриках при воздействии слабо ионизирующего излучения /гамма-кванты, электроны/. Решается задача о релаксации объемного заряда в толстом слое неупорядоченного диэлектрика, облученного импульсом гамма-излучения с энергией квантов 0.1 - 1 МэВ. При этом предполагается, что более подвижными носителями заряда являются дырки. Получено уравнение, описывающее эволюцию электрического mmEfx,^) в образце в условиях разомкнутой цепи

а Е[Х, фХ + [ф Г/é)] & fat é)/£f*, о)] v- /VjTe/аг) <

* KÎK, о] ÎEfx, 0)1 = 0.

где^/^^J- напряженность электрического поля в образце в начальный момент времени, t'f-k) - "переменное" время жизни носителя до захвата иг. глубокие ловкачки, лежащие' ниже демаркационной энергии édfi)

bfoy . 6 ■

Здесь Го . _ время.жизни носителей,в проводящих состояниях.

Для модельного начального распределения дырок и электронов

п/х, о)-Ко вЛ/6(х~Хе)/Х^З, Х^-Хе

выполнены численные расчеты плотности объемного заряда А = Ь(Х,-Ь) - я напряженности электрического поля В(Х,-Ь) .

Здесь Хе. ~ экстраполированный пробег вторичных электронов, Х^ - : средняя длина свободного пробега гамма-кванта.'Показано, что в про- . цэосе релаксации объемного заряда млеет место его расслоение на положительно и отрицательно заряженные области, число которых меняет- . ся со временем. В начальный, момент времени в облученном диэлектрике имеется два заряженных слоя: узкий слой вблизи облучаемой поверхно- ■ сти заряжен положительно, а весь остальной объем образца - отрицательно. Движение подвижных носителей заряда /дырок/ приводит к появлению третьего, полояз5тельно заряженного слоя, расположенного за слоем отрицательного заряда, толщина которого уменьшается со враме- ! нем, и спустя некоторое время слой отрицательного заряда исчезает. .: При больших временах напряженность поля и плотность объемного заря- ' да приближаются к нулевым значениям во всем образце. . ¡'

Далее в диссертации анализируются процессы накопления и релак- ■ сации объемного заряда в неупорядоченных диэлектриках при як неярз- ; рывном облучении потоком быстрых заряяенных частиц /электронов/. И ' в этой свя^и.изучается вопрос е' возможности неланяевзновского механизма рекомбинации носителей, заряда в некоторых диэлектриках яря ях оолучении быстрыми заряженными частицами. Тео,рия Лахшзвена устанавливает связь между яодшшгостями носителей и константой их бимолекулярной рекомбинации Поскольку для аморфных диэлектриков характерна значительная асимметрия подвккносте# носителей, то формула Ланаевона обычно записывается в виде Я - . До сих пор

считалось, что эта формула достаточно универсальна для веществ с низким значением подвижности носителе;! /меньше 1 см2 /В-с /, а именно такие значения подвижности носителей характерны для большинства неупорядоченных диэлектриков. Однако в последние годы в экспериментах по радиационному заряжению неупорядоченных диэлектриков потоком заряженных частиц /пробег частиц меньше то.тдаш образца/, было обнаружено, что в одних случаях временная зависимость радиацконш-сти-мулироваююго тока является нормальной, т.е. величина тока монотонно уменьшается до постоянного малого 'значения, а з других - наблэдаотся

инверсия тока, т.е. ток является знакопеременным. Расчеты, представ- Г ленные в диссертации, были выполнены с целью объяснения указанных экспериментальных результатов. Рассматривалось непрерывное облуче- ^ ние короткозамкнутого /или заземленного/образца толщиной Ь потоком быстрых электронов. Распределение в образце термаяизованных первичных частиц мокеа быть представлено в виде заряженной плоскости с поверхностной плотностью заряда , растюлохр.иной на расстоя-■нии среднего пробега электронов от облучаемой поверхности образца. В облученной области, однородно по объему генерируются. электрон- | но-дырочше пары /теш генерации (}0 /. Предполагается, что диэлектрик, имеет дырочную проводимость, и, следовательно, перенос за- : ряда происходит только в облучаемой области образца. Задача являет- ; ся однородной в течение всего периода накопления, и релаксации заря- ; да. Анализируется режим дисперсионного транспорта носителей. Практический интерес представляет измеряемая в экспериментах кинетика плотности радиационно-стлмулированного тока^/^у , стекающего с тыловой поверхности образца Х=Ь . Она определяется формулой

Здесь ^о - плотность тока первичных термализованных электронов, Для нахоадения /{численно решалась система деЙеренциальных уравнений дДя ^нкций £>{-£.) 'и

. Полученные результаты пока-, зада, что.кинетика радаационно-стимулированного тока определяется величиной параметра . , представляющего собой отноше-

ше константы бимолекулярной рекомбинации Я- к ланкевеновской кон- . станте рекомбинации/¿/$Ге/1/с/дз). При достаточно малых значениях этого параметра наблюдается инверсия тока, по мере увеличения величины Ш^/Ус) область обоатного тока уменьшается и при некотором граничном значении {дв-4-ЯЦ/^с)* исчезает. При больших значениях указанного параметра ток монотонно убывает по величине. Расчет зависимости граничного значения параметра ( от скорости генерации электронно-дарочных пар £?„ показал, что с увеличением £0 область значений константы бимолекулярной рекомбинации Ц , при которых наблюдается инверсия тока,увеличивается, но ш при каких значениях теша генерации носителей нельзя подучить знакопеременную кинетику рздиационно-стимулированного тока при лан- . .•.е-В'Энобской константе рекомбинации. Это позволило сделать вывод о тот.:, что наблюдаемая в экспериментах знакопеременная кинетика радиа-

ционно-стимулированного тока свидетельствует о неланжовеновском механизме рекомбинации носителей заряда в облучаемых материалах.

В диссертации такие анализируется другой реяим эаряжонкя диэлектриков - реким равномерной объемной внсокоэнергетяческой инжек-Ш1И /РОВК/ заряженных частиц. В этом случае пробег первичных частиц значительно превышает толщину образца. В ряде экспериментов, выполненных в режиме РОВИ, было обнаруженочто в одних случаях плотность объемного заряда является монотонно возрастающей функцией времени, а в других - перед выходом на стационарное значение плотность заряда проходит через максимум. Как показали расчеты, представленные в диссертации, немонотонная временная зависимость плотности объемного . заряда, как и знакопеременная кинетика радиациошю-стиглулированного тока, обусловлена неланяевеновским механизмом рекомбинации носителей в облучаемых материалах. Рассматривалось непрерывное облучение короткозамкнутого образца толщиной потоком быстрых электронов. Взаимодействие электронов с веществом образца обеспечивает равномерную по объему яннекцию первичных термализозашшх частиц / К, - скорость шшекцш/, и однородную генерацию электронно-дырочных пар. В случае диэлектрика с электронным типом проводимости решением задачи являются однородные распределения электронов и дырок

В диссертации получена система уравнений,.-'описывающая .эволюцию плотности объемного заряда Л /ъ/т^- ) ~ £>№) и плотности электронов ¡ь{-6)

*

которая решалась для дисперсионного и квазистациопарного реаимов релаксации заряда. В дисперсионном режиме связь плотности делока-лнзовашшх электронов Нс(£) и полной плотности электронов /-с/т) определяется формулой ' . . _• , , , -

В неупорядоченных, диэлектриках реким дисперсионного транспорта имеет место в течение длительного интервала времени, но при ивпра-рывном облучении образца с течением времени происходит переход к квазистационарному резиму. Это имеет место при предельном, заполнении глубоких ловушек и формировании квазиуровня Форш - . В работе получено условие на время перехода от дисперсионного рз-яима к квазистациснарному: Л4 «г -//¿I , В квази-

стационарном режиме плотность электронов определяется электронами,. ; захваченными на ловушки ниже квазиуровня Ферми ¿^г .*

■ при этом временная зависимость квазиуровня Ферми имеет вид: .....:;

^/Ке.(-Ь)1. Здесь ^ - частотный фактор тер-. ; мнческого освобождения носителей/Анашз квазистадаонарного режиш : [ проводился для экспоненциального распределения локализованных состояний по энергии, в этом случае связь функций д. и пс отбывается формулой ,, . ,-,(КГ/£0) '

Численный расчет показал, что временная, зависимость плотности объем- I. ного заряда определяется величиной параметра (д& , ;

и немонотонная /"вспышчнал"/ кинетика объемного заряда обусловлена : неланжевековским механизмом рекомбинации носителей заряда в обду-. чаемых матзриалах. <

..Далее в первой главе диссертации представлен расчет динамических характеристик диэлектрических детекторов йонизирувдих излучений." Необходимость подобного расчета обусловлена тем, что выбор оптималь-. яых реакиов работы и параметров таких детекторов требует изучения : . динамики объемного, заряда, обуславливающего проводимость веупорадо-ченных диэлектриков, являющихся важнейшей составной частью рассмат- ; риваемых,детекторов. В зависимости от распределения локализованиях состояний'по энергии.и температуры перенос заряда:в диэлектрическом ; слое происходит в равновесном или. дисперсионном режимах. Для обоих режимов получены врешн'ные зависимости напряженности электрического . поля на внешней поверхности детектора к пространственные распределения поля для различных моментов врелюни.

В результате облучения в диэлектриках образуются различные де-фокты-/вакансии, междоузелыше. атомы и т.д./. В конце первой главы диссертации проведен расчет стационарных пространственных распреде-

■ . лоний радиационных дефектов в облученных неупорядоченных диэлектри-

ках при различных начальных и граничных условиях задачи.

Кинетика-радиационной электропроводности'неупорядоченных ди- л , электриков при облучении слабо ионизирующим издучением /гамма-кванты, электроны/ и сильно ионизирующим излучением /тяжелые заряженные /чарйзцы: протоны, сС -частицы, ионы/ имеет существенные различия. При облучении диэлектриков гамма-квантами и электронами плотность

генерации пар является микроскопически однородной. В случае же облучения диэлектриков тяжелыми заряженными частицами генерация носи-. . . телой заряда /электронов и дырок/ происходит, главным образом, в треках первичных частиц, поэтому при той же усредненной по всецу объему плотности генерации, что и при облучении легкими частицами, .. имеет место более интенсивная рекомбинация пар, и, следовательно, А облучение тяжелыми частицами приводит к меньшей по сравнению о лег-■; кими заряиешшвд частицаш зеличине радиационной электропроводности '■.'< /"трековый эффект в радиационной электропроводности"/. Изучение этого явления предполагает решение нестационарного уравнения, опи-. сываюздго релаксацию неравновесных носителей заряда, дж отдельного : трека. Подобная задача решена во второй главе диссертации в рамках '■■;;;. модели предписанной диффузии для режима дисперсионного транспорта носителей. В этой модели считается, что распределение носителей заряда в пространстве■определяется диффузией носителей, а рекомбинация влияет только на временную зависимость плотности. Рассматривается сфорически симметричный трек. Начальное распределение носителей в треке описывается некоторым модельным распределением, учитывающим 'основные особенности истинного распределения. Оно имеет вид

где 'Ь - расстояние от центра трека, - характерный параметр распределения, о 0 - полное число носители заряда одного знака > /электронов'или^ырок/, генерированных в отдельном треке. Задача ; решена для двух предельных случаев: для случая облучения диэлектри- ; ка со схокиш энергетическими спектрами локализованных состояний для электронов и дырок /I& >

и для случая облучения диэлектрика со значительной, асимметрией в характерных энергетических глубинах электронных и дырочных ловушек. ...При решении задачи предполагалось, что треки не перекрываются, и

релаксация неразновеснкх носителей заряда происходит в каждом треке . ; независимо.

. В первом случае задача решалась в приближении амбиполярной диф-■ ■.' фузии носителей. Поскольку носители заряда /электроны и дырки/ создают электрическое поле, которое, с одной стороны, меняется при их перераспределении, а, с другой стороны, само влияет на процесс релаксации носителей, то, очевидно, движение электронов и дырок является согласованным я может быть описано системой уравнений в амбиполярной форме. При этом диффузия носителей характеризуется общим для

электронов и дырок, амбиполярнда коэффициентом диффузии. Для случая облучения образца со схожими энергетический® спектрами электронных и дырочных ловушек получено уравнение для определения временной за-, висимости функции о/гу, представляющей собой число носителей заряда одного знака, избежавших рекомбинации к данному моменту воемени

г : • . , ■■ ^ .

Здесь

- ЭМбИПОЛЯрный^коЭффШ^ГеИТ . ;..;!. диффузии, коэффициент рекомбднации / коэф- I

фициентн диффузии электронов и дырок, и И. - коэффициенты ре- .' комбинащти подвижных электронов с дырками и подвижных дырок с электронами, соответственно/. Полученное уравнение решалось численно для . случая экспоненциального распределения локализованных состояний по энергии. Знание временной зависимости функции ^{"&) позволяет вычислять пространствонно-временные распределения плотности носителей заряда Ьи плотности делокализованных носителей Д/г/ , а, следова- : тельно, и радиационную электропроводность даэлектрика при облучении тяжелыми заряженными частицами.'Функции £>(£) и !Эс(6) описываются следуадими форцулаш ^

/ьк

Аналогичное уравнение для функции <?(£) получено и при анализе релаксации носителек в случае облучения даэлектрика со значительной асимметрией между электронной и дырочной составляющими радиационной, электропроводности /для определенности рассмотрен диэлектрик с ды-. , рочной проводимостью/ . . - . •

и>

Следует отметить, что формулы для полной плотности дкрокуЬ^с^ и плотности делокализованных днрокДДт9 имеют тот ко вид, что и а предыдущем случае, но вместо амоииодярного коэсРэдяента дифТузни £) в них входит коэффициент диффузии дырок 52?/ Полученное уравнение для функции о (i) решалось численно.

В обоих рассмотренных случаях на начальном этапе релаксации идет интенсивная рекомбинация носителей, обуславливающая быстрый спад функции q(éj . По мере диффузионного расшивания носителей в пространстве ^влияние рекомбинации уменьшается и спустя некоторое время становится пренебрежимо малым, это соответствует выходу функ-miiQ.fi") на своо стационарное значение. ;

В начале третьей главы диссертации изучается неизотермическая релаксация радиоционно-индуцирозанного заряда в неупорядоченных да- : .электриках. Рассматривается разряд однородно заряженного закорочен- ; ного диэлектрика в условиях линейного роста температуры со временем: Tfà^Tc+Jsi/•¿кеъъ Ji - скорость нагрева образца/. Релаксация заряда происходит в электрическом поле, создаваемом самим зарядом, внешнее поле отсутствует. Для анализа тершстшулированной релаксации заряда используется подход, развитый Архиповым В,И. и А.И. Ру-денко применительно к изотермическому случаю.'К неизотермической релаксации'заряда он был впервые применен в работе: flans J.,

Zlslinski M., Kryszevfski И. ïheory оf the thermally-stimulated-cur- ' rent transport pesk. Application to a âisperaive transport case. - ; Phys. Rev. B,.- 1931, v. 23, К 12, p. 6557-6569. Практический инте-; pec представляет величина тока проводимостиJc.(b/él,i), стекающего с поверхностей образца;^ (if2, iJ- ejUcpi.{è)E(L/2, zf ) . Получены формулы для jt (L/2,-è) в дисперсионном и квазирашовеснои рекимах переноса носителей заряда, определено условие перехода от дисперсионно- : го режима к кзазиравновесному. Начальная асимптотика тока в режиме дисперсионного транспорта носителей имеет вид

/к (ik -¿г) - (¿Sfe-fafiL =(zuréju^î L//&)*

*(dt/<JT), (We/^f^ci-è)^^--/. ; .

Численна расчет проводился для экспоненциального распределения ло- . кализованных состояний. Показано, что разряд диэлектрика происходит в режиме дисперсионного транспорта носителей, переход к квазиравно- ; весному рекиму происходит только на завершающем этапе релаксации, причем температура перехода тем больше, чем меньше скорость нагрева образца и глубже распределение ловушек. Построены температурные .за— '

вксимости тока проводимости /с {Т) для различных значений параметра с1 - (кТс/^о) / Г» - характерный параметр распределения ловушек/и скорости нагрева образца^ . На начальной стадии нагрева плотность тока проводимости зависит от температуры степенным образом. При малых значениях сб , т.е. глубоких распределениях ловушек /для использованных в задаче параметрах оС 0.3/ температурные 1 кривые^ (¿/г?, Т) имеют -шксиащтл, причем чем меньше , тем более явно он выражен и тек дальше по оси температур расположен. При очень мелких распределениях / 0.3/ максил^ум не наблюдается, но имеет-

ся точка перегиба. Следует отметить, что уже т начальном участке плотность тока зависит от скорости нагрева образца ^ , кроме того варьирование параметра приводит к некоторого смещению максимума тока. ;

Далее в третьей главе изучается тормостимудированная релаксация избыточна носителей заряда в электронейтральном образце неупорядоченного диэлектрика, контролируемая бимолекулярной рекомбинацией носителей. Для определенности рассмотрен случаи дырочной проводимости • диэлектрика. Предполагалось, что в.начальный момент.времени /~Ь = О, Т = Т0/ в образце имеется равновесное.однородное по объему образца распределение носителей заряда. Начальная температура Т0 образца мала, и, следовательно, большая часть носителей захвачена на глубокие ловушки, заселенность которых близка к предельной. Поэтому при решении задачи учитывался эффект предельного заполнения ловушек. Получены формулы для плотности подвижных носителей рс в дисперсионном и квазиравновесном режимах, определено условие перехода от длс-персионного режима к квазираановесному. В дисперсионном режиме получены асимптотики • По результатам численного расчета построены. температурные зависимости рс для различных скоростей нагрева. -образца • На начальной стадии нагрева ^с убывает, проходит через минимум, а затем начинает возрастать. Участок быстрого роста "■■

Ьс сменяется, почти горизонтальный участком / рс . очень медленно нарастает/, который переходит в соответствующую квазиравновесному режиму убывающую с температурой, кривую. .. . .

В конце третьей главы диссертации анализируется влияние сильных. электрических полой, на дисперсионный транспорт инжектированного заряда в аморфных материалах. Известно, что сильные электрические поля приводят к значитеЛ1 ному пониаешш:потенциального барьера ловушек /эффект Пула-Френкеля/ и, следовательно, к увеличению вероятности ■ термического освобождения носителя из ловушки, которое учитывается множителем [ ¡сТ/^е , появлякшщмея в уравне-

нии локализации и делокализации носителе!; /элесъ^$£ = 2 (е / з&) 7 /. Изучалось•влияние.сильных электрических полей на дисперсионный перо-нос заряда в'фотоприемнике при импульсной'поверхностно!! генерации носителей. Получены временные зависимости оелаксирудаого икпоязояйл

и скорости релаксации напряжения на фотоприемнике. Для' экспоненциального распределения ловушек по энергии найдена асимптотика У (к) на начальной стадии разряда, '.доведенные расчеты показали, что влияние. эффекта Пула-Фрс ш<е ля на дисперсионный транспорт носителей заряда является существенным тол?,ко для достаточно сильных полей, поэтому на начальной стадии разряда фотояриемника скорость уменьшения потенциала значительно увеличивается при учете этого эффекта. Движение носителей заряда покн.тлет электрическое поле в образце, поэтому для болыпих времен, когда поле становится слабым, эффект Пула-Френкеля практически не проявляется, и скорость релаксации потенциала оказывается почти такой :ке, как и без учета этого эффекта.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВ0.Ш

Основными результатами, получешшми в диссертации, являются: .1. Решение задачи о релаксации объемного заряда в толстом слое аморфного диэлектрика, облученного импульсом гамма-излучения, для режима .дисперсионного транспорта носителей заряда. Численны;! расчет пространственных распределений плотности объемного заряда и напряженности электрического поля для различных моментов врскекк. Объяснение эффекта расслоения объемного заряда в процессе его рзлгкеагни на положтельио и отрицательно заряженные области.

2. Анализ, кинетики радяшцюнио-стимулированиого тока в с.пучае негше-. рывного облучения неупорядоченного диэлектрика потоком быстрых заря-

кенннх4 частиц, длина пробега которых'меньше толщины образца. Выявление зависимости кинетики .радиашонно-стимулировашого тока от величины параметра

, »представляющего собой отношение константы бимолекулярной рекомбинации носителей Я. к лшскэвеновс-кой константе рекомбинации (. Объяснение эксперименталь-них результатов по знакопеременной юшетике радиационно-стнмулировак-ного тока. Вывод о возможности неланкевеновского механизма рекомбинации носителей в облучаемых неупорядоченных диэлектриках.

3. Анализ кинетики объемного заряжения неупорядоченного диэлектрика при облучении его потоком быстрых заряженных частиц в условиях рав-

номерной объемной високоэноргетнческой инжекции /в этом случае пробег частиц существенно превышает толпигну- образца/. Численный расчет плотности объемного заряда. Выявление зависимости кинетики объемного заряжения от величины' параметра Вывод о том, что наблюдаемая в ряде экспериментов немонотонная /с максимумом/ временная зависимость плотности объемного заряда при облучедаи.да-. электрика потеком быстрых заряженных частиц обусловлена неланжеве-иовскик механизмом рс-комбинации носителей заряда, в облучаемых материалах.

4. Проведение расчета динамипесжх. характеристик диэлектрических детекторов ионизируэдда излучений в равновесном л дисперсионном режимах транспорта носителей заряда.

5. Исследование'процесса релаксации неравновесных носителей заряда

в отдельно взятом трзко облученного. тяяелыии заржявнньп®1;,частицаш' *. • неупорядоченного диэлектрика. Анализ проводился в рамках модели . предписанной-диффузия в режиме дисперсионного транспорта носителей заряда. Подучены уравнения, опкешзамцие эволювдо полного числа а (к) носителей заряда в треке з двух предельных случаях: в случае дагалек-трика со схож.::, г. энергетическими спектрами локализованных состояний для электронен и дырок, и для случая диэлектрика с сильной асимметрией спектров электронню: к дырочных ловутек. Проведен численный расчет этой величина. Получены борлулы, поз во ляетцне найти плотности носителей заряда и, следовательно, радиационную электиопроводность диэлектрика по известной временной зависимости функции .

6. Анализ термос изолированного разряда однородно заряженного неупорядоченного диэлектрика. Ч-лсленный расчет температурной зависимости тока проводимости для различных значений параметров матеолала и скорости нагрева образца. '

7. Анализ термосткму.яировэнной релаксации избыточных носителей заряда в 'электронейтрально« неупорядоченном диэлектрике в дисперсион- '. ном и квазиравновесном режимах. В дисперсионном режиме проводился учет эффекта придельного заполнения 'локализованных состояний .. .. /постольку предполагалось, что в начальный момент времени имеет место равновесное распределение инжектированных носителе1 заряда, я, следовательно, глубокие ловушки полностью заполнены/.

8. Анализ влияния эффекта Пула-Френкеля на дасперсионны:; перекос объемного заряда в условиях импульсной поверхностной генерации носителей. Расчет временных зависимостей напряжения У/х; и скорости релаксации напряжения с1У[~Ь)/с{~Ь на фотоприемнике с учетом рТГйк-та Пула-Фронкеля.

•Основные результата диссертации опубликованы в работах:

1. Arkhipov V.l., Psrova I.A., Rudenko A.I. Space charge dynanicu in irradiated dielectrics. - Materials Science, 1990, v. 16,

II 1-3, p. 149-153.

2. Архипов В.И., Емельянова E.B., Перова И.А. Рааслоато объег/лого заряда в гамма-облучепном некристаллическом диэлектрике. -Атомная энергия, 1990, т. 69, й 5, с. 334 - 335

3. Архипов В,И., Емельянова Е.В., Перова И.А. Эффект расслоения объемного, заряда в диэлектриках при гамка-облучепии. В кн.: Тезисы докладов седьмой Всесоюзной ..конференции по радиационной

- физике и химии-неорганических материалов /Рига, октябрь 1989/, Рига, изд. № ЛИ Дат». СОР, 1989, с. 101 - 102

4. Arkhipov V.Г., Регоуа I.A., Rudenko A.I. Sigri-altarnating kineticä of. radiaticii-inducod current in disordered dielectrics. - Int.;J. BlectroiiicaV 1992, v. 72, N 1, p. 9Э-Ю2

Б. Архипов В.И.,\Перовй'<1.А. "Зспышочная" кинетика радиационного заряжения в неупорядоченных диэлектриках. - ФТП, 1993, т. 27, В 4, с. 682 г 68?

6. Архипов В.И.,' Перова И.А. Динамические характеристики диэлектрических детекторов ионизирующего излучения. - Атомная энергия, 1992, т. 73, № 4, с. 293 - 300

7. Архипов В.И., Перова'И.А., Руденко А.И. Эволюция пространственного распределения радиационных дефектов в диэлектрических пленках Щ1-структур. - В кн.: Тезисы докладов Ш Всесоюзной научной

-конференции "Физика окисних пленок" /Петрозаводск, апрель 1991/, ■ ч.1,-Петрозаводск, изд. ПТУ, 1991,. с. 19

8. Архипов В.И., Перова И.А. Радиационная электропроводность диэлектриков, облучаемых тяявлши■ заряженными''частицами. В кн.: Тезисы докладов Ш Международной школы-симпозиума "Физика и химия твердого тела" /Благовещенск, июнь-июль 1991/, Благовещенск, изд. ДВО

* .

АН СССР, с. 4 - б-

9. Архипов В.И., Емельянова Е.В., Перова И.А., .Руденко- А.И. Влияние эффекта Пула-Френкеля на дисперсионный транспорт объемного заряда

■ в аморфных материалах. - В кн.: "Вопросы микроминиатюризации РЭА и ЭВА"./Под ред. Ю.А. Гороховатского - М.: изд. ШЭМ, 1988, с. 23 - 29