Фотоэлектрические явления в кристаллах суперионного проводника RbAg4I5 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

На правах рукописи БОРИС Александр Васильевич

УДК 537.311.32; 535.37; 541.135.4

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В КРИСТАЛЛАХ СУПЕРИОННОГО ПРОВОДНИКА РЬАд415

Специальность 01.04.07 — физика твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Черноголовка 1992

*: ! г' <

Работа выполнена в Институте физики твердого тела РАН.

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Бредихин С. И.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Волков А. А. (Институт общей физики РАН), кандидат физико-математических наук Рыжкин И. А. (Институт физики твердого тела РАН)

Ведущая организация: Институт кристаллографии им. А. В. Шубникова РАН

Защита состоится " _ 199<^г.

па заседании специализированного совета Д.003.12.01 при Институте физики твердого тела РАН по адресу: 142432, Московская область, Ногинский р-н, Черноголовка, ИФТТ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФТТ РАН.

; Р

Автореферат разослан <к ь_¿'¿у^Л1-^-_1992 года.

Ученый секретарь специализированного совета Д 003.12.01 доктор

физико-математических наук >. Д^ Кулаковский

© Институт физики твердого тела РАН

ОШДЛЯ Хл РЛТСТЕРИСТНКА РАБОТЫ.

А.-п'у.'ллышст;! г л? я,:. Супер;.снные! лр;;г,-;,и,>;\-!1 - кристаллы, а которых при тс:-:! ерг.урах значительно ;':г:- с температур* плаьтенг- наолкодстся структурное рлзу.и:.точа¡кв одной т«з ионных подр'.'н,о.ток, оедглпиом которого является ана^алыто насеках ^отк'.я проэуднмость. Мобильные -дсны распределен!-внузрн регулярного каркаса коров жесткой подре метки ко мг.ж-узелънмм и<х:":ци,тм определенного т;<пз, которий ойрззутот хл-лал.и пэиаодпмосш г.доль секогорих кристаллографических ил-празленн-й. При г-точ «шел о подобных позиций « ллемстггарпой ячейке миогг» бе^ьте числа подвижных ионоя приходящихся на Ячейку. Интерес к физическим свойствам такого родя материя-лен является следствием общего разяцт^я фичпкн неуттопгтдс'то.н-ных систем.

Питснсн-ныс пееледс.иания суперион'лых п.розоднккон в последнее время стимулируются тлкхс их широким применением в нопейшпх технологиях. Область их технологического применения в кг.честис сег'онш^х ?леме-.тоь рг.г-лнлпит: .т:схтроге::-пическнх устрснста (тиердофазных батарей, газовых сснспроп, Тсгсъчхшы.ч „'лемгнтов, еверхъемких конденедтороз, алектрехре^-ньк приборов и др.) быстро ¡расширяется.

Особый шггерсо предетаалягат ксследоеаипд характерных особенностей стюйсту электронной подсистемы и супериститх кристаллах как следствия ьзаимодействнч эле. /ронной и .подвижной помпой подсистем. 71 то же ьромя, выбор экспериментальны;: методик ; тя 'сследоцаник сг.оЛств электронной подсистемы п су-перчонных кристаллах существенно ограничен. Причиной тому являются разупорядоченнг одной из ионных подрешетои, воз-кожное протекание иоштего тока, мялая величина электронной проводимости. Все это делает неоднозначной интерпретацию явлений электронного транспорта, включая оптические и -фотоэлектрические яплекий. По этим причинам п настоящее время существует явно, недостаточное количество экспериментальных данных, описыяайщих детали электронных процессов

I

в твердых электролитах. Представляет интсргс экспериментальное изучение фотии! у щ; ро н а 1 ш ы\ гффскгг-н, п которых могут проанляться характерные особенности олектропных состояний в суперионных кристалл х. Существует необходимость в разработке методик позволяющих получить информацию о положении уровня Ферми (ре) для электронов, величине электронной проводимости (<7е), величине коэффициента диффузии электронов (Ос). Необходимо разработать методы исследования г описания прихонтактных явлений, объяснить механизм. формирования призлектродных слоев, получить информацию о их структуре и свойствах.

Цель и основные задачи работы. С целью изучения электронных центров в суперионных кристаллах, процессов электронного транспорта, процессов на границе раздела суперионнын проводник - электронный проводник представлялось цслеосо-образиым провести следующие исследования:

- Исследование фотоэлектрических эффектов возникающих на границе суперионнын проводник - электронный пролодннк.

* - Исследование методом пространственно-разрешенной оптической спЬктроскопии распределения интенсивостей основных полос катодо- и фотолюминесценции в призлектродных областях : суперионных кристаллов.

- Исследования вольт-амперных характеристик кристаллов су-' перионного проводника а условиях блокирования ионного токп.

Суперионные кристаллы НЬА&Ъ были выбраны в качестве исследуемого объекта в настоящей работе. Это соединение . устойчив при комнатной температуре, нашло применение «о многих электротехнических устройствах и является модельным объектом для исследования феномена суперионной проводимости;

Научная новизна работы и положения! выносимые на защиту.

1. Впервые обнаружено возникновение тока при освещении приконтахтной области кристаллов ПЬЛй^г,. Изучены его спек-

тральные н температурные характеристики. Предложен механизм воз!1икнозе|!ия фотом 1 гдуци рсыа > ш о го тока.

2. На основе обнаруженного чвленчя предложен принципиально новый метод исследования спектра электронных состояний в суперионных фазах твердых электролитов.

3. На основании анализа зависимостей величины фогопн-дуцированного тока от области освещения образп исследована температурная зависимость длины дчффузии носителей заряда в кристаллах RbA^Is.

4. Зависимость величины тока от области освеш.ення образца использована также для анализа неоднородности распределения дефектов в кристаллах RbAg^I^ и процессов на границе электронный проводник - супериошшй проводник.

5. С помо-цью методов катодо- и фото- люмлне ;ценпии исследованы процессы, происходящие вблизи контакта электрод -твердый электролит и на поверхности твепдого электролита.

6. Описание измеренных вольт - амперных характеристик ШАХ) ячеек AglRbAg^IsjC осуществлено в предположении, что лимитирующей стадией прогехания тока является перенос зарядов через границу раздела электрод - твердый электролит. Определены положение уровня Ферми и величина электронной проводимости кристаллов RbAgJr,.

7. Впервые обнаружены осцилляции тока в супернонных кристаллах RbAgJs при постоянном значении напряжения на экспоненциальной ветви DAX, Возникновение неустойчивости тока объясняется наличием в кристаллах суперионного проводника электронных центров, для которых характерно увеличите коэффициента захвата электронов с ростом электрического Ьоля.

Практическое значение проведенной работы определяется рядом полученных результатов, которые могут быть использованы в различных областях науки и техники. Обнаруженное и исследованное явление возникновения тока при освещении при-контактных областей кристаллов суперпонного проводника предлагается в качестве принципиально нового метода для анализа спектра электронных состояний в суперионных фазах твердых

з

электролитов, а также для анализа неоднородности распределена дефектов и процессов на границе олек^ронный проводник - суперионный проводник, Структура электронных состояний, связанная с оптически активными центра*» , положение уровня Ферми в запрещенной зоне представляют собой фундаментальные характеристики и могут быть использованы для анализа процессов, связанных с фотовозбуждением электронов в кристаллах а — RbAg4I5. Анализ электронных токов в ячейках типа AgjR.bAg.J5IC г результаты исследований процессов на кот акте электронный проводник - сунерионный проводник позволяют объяснить особенности функционирования ионнсторов и других электротехничеа их устройо з на основе твердых электролитов. Полученная информация о размерах приэлектродных областей дает представление о пределе миниатюризации изделий на основе твердых электролитов.

Апробация р-боты. Основные результаты диссертационной работы были представлены и обсуждались на объединенном семинаре "Неэлектронные проводники" ИФТТ РАН, объединенном межинститутском научном семинаре "Ионика твердого тела" (п.Черноголовка), десятом Всесоюзном научном семинаре по ионике твердого тела (Рига, 1989), на Международной конференции по дефектам в диэлектрических кристаллах ( Парма, Италия, 1988), на 7 Международной конференции по ионике'' твердого тела ( Хаконе, Япония, 1989), на 9 Международном совещании по фотоэлектрическим и оптическим явлениям в твердом теле ( Варна, 1989), на б Европейской конференции по дефектам в ионных материалах ( Гронинген, Нидерланды, 1990), на 10 конференции Отделения конденсированных сред Европейского Физичесхого Общества ( Лиссабон, 1990), на 2 Азиатской конференции VI ионике твердою тела (-Пекин, 1990), на Международной конференций по дефектам в диэлектрических материалах ( Нордкирхен, Германия, 1992).

Публикации. Результаты, положенные в основу диссертаци- . онной работы, опубликованы в 7 работах, спи^мк которых приведен в конце гятореферлта.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четы^.т глав, гаключення и списка литературы. Общий объем диссертации составляет •¿'¿'^страшш, включая рисунка и список цитируемой литературы из наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении даетсв сощач характеристика работы, включающая обоснование актуальности выбранной темы, формулировки цели и задач работы. Представлены результаты, обллдаюишз научной повязкой и положения выносимые на згь^ту. Рассматриваются практическая значимость работы и ее апробация. Приводится краткое содержи чте диссертационной работы по главам.

Первая глава носит оОзоркый характер. В ней дается краткое изложение основных принципов клясси .еской теории ионной проводимости, приводится /спассифнкаци« ионных проводников, рассматриваются специфические о.:обенности их строения и аномалии физических свойств, сгязанные с наличием подвижной ионной подсистемы. Основное внимание уделяется рассмотрению структурных, электрических и оптических свойств суперионных кристаллов !1ЬА£,(1:,. Дан обзор существующих представлешш и экспериментальных данных но исследованию свойств электронной подсистемы суперионных кристаллов. Проведен критический анализ известных методик и результатов исследований электронной проводимости. Указывается, что широкий круг вопросов, связанных с электронными свой твами твердых электролитов, допускает эффективную трактовку в рамках феноменологического подхода, сходного с используемым при описании полупропод!шховых материалов. Однако, в настоящее время существует недостаток, экспериментальных данных, описывающих детали электронных процессов в твердых электролитах, задг ние которых явля '.тси необходимой предпосылкой для построе-1 ля • микроскопической теории, В конце главы в соответствии с проведекп'-тм обсуждением формулируются основные задачи

диссертационной работы.

Вторая глана посвящена исследованию фотонндуцированных токов, возникающих при освещении приконтактной области хри-сталлов суперионного проводника НЬАсЛ. Приведена блок-схема экспериментальной установки для фотоэлектрических измерений, описана методика выращивания поли кристаллических образцов, изготовления электродов на основе мелкодисперсного графитового порошка. Обнаружено, что освещение приконтактиой области кристалла ШэДд.^ приводит к возникновению во внешней цепи тока. При мовдюсти возбуждающего света 5 мВт плотность возникающего токз оказывается порядка 10"9А/см2, и его направление соответствует переносу электронов во внешней цепи в сторону освещаемого электрода. При этом ячейка С)ПЬА2415|С работает I эк источник тока с внутренним сопротивлением р,„ л 3 • 1С8Ом-см.

При температуре ЗООК в спектре фототока (рис.1) присутствуют четыре основные полосы с максимумами 3.31эВ, 2.85эВ, 2.64эВ й 2.35эВ. При температуре фазового перехода кристалла НЬАздЬ из а- в /3-фазу (Тс «209Ю, также суперионную, величина фотоиндуцированиого тока изменяется скачком, и проведение измерений в пределах /?-фазы не представляется возможным. Установлена корреляция полос в спектральных аг.исим тетях фо-тостиыулированного тока с полосами в спектрах, наблюдавшихся' при исследовании оптических характеристик кристаллов ИЬАбЛ. С.'.елан вывод о применимости спектральных и температурных зависимостей тока для анализа спехтра электронных состояний в запрещенной зоне суперионной а-фазы кристаллов ЯЬАй415.

Было установлено, что величина и спектральные характеристики фотостимулированного тока зависят от области освещения. образца. Для исследования такого рода« зависимостей луч Не — Сс1-лазера (Ни =2.81эВ) фокусировался на поверхность образца в пятно размером ЗОмкмхЗООмкм. Па рис.2 представлена типичная зависимость величины фотоиндуцированиого тока от расположения освещаемой области кристалла 11ЬАд415 по длине образна в пределах между графитовыми электродами.

б

Рас.] Слехтрядыия зависимость фопжхд}-цяровзж:?,л7 тхзга при лртгок-

тактно» области кристалла иьа),!, {т = зоок).

Рвс.2. ,Згвис"«ость величины фотоиалуяироагпиога тока от распсмстксни» осушаемой области крг.ста-ла ЯЬЛоА1ъ по дтянв образца ь предел}к мечоу электродами (г = О, I = 5.9 мм — границы кристалла).

Для объяснения механизма возникновения фотонндуцирован-ного тока рассматривается следующий процесс. Освещение области кристалла RbAgjIs светом (hu < Ее) с энергией со-ответструющей возбуждению электронных центров приводит к генерации неравновесных электронов в зоне проводимости. Мобильные катионы Лд+, в силу их большой концентрации п суперионнон фазе' (п,- « 10иот"3), экранируют электростатическое взаимодействие между ионизованными центрами и электронами. Избыточная концентрация электронов в освещаемой области приводит к возшишовешио диффузионных потоков электронов и ионов к контактам. Движение электронов и ионов к контактам осуществляется в режиме амбиполярной диффузии, когда диффузия избыточных носителей характеризуется общим коэффициентом „иффузии Д,т» == (а.-Д. + <7,Д)/(а,- + ot). Так как в кристаллах RbA&Js oi ае (сг,- rjO.3 Ом~1см~1, at и 10~8 Ч- 10~вОм-1-см-1), то в этом случае движение пахета носителей характер зуется коэффициентом диффузии электронов Damisa Df Согласно простой модели диффузии неравновесных носителей их концентрация убывает в зависимости от расстояния до места освещения по закону Дп = Дпве"р(—х/Ь), где L = s/Dt есть диффузионная длина (г- время, жизни). Видно, что уменьшение интенсивности фототока при сканировании света по длине образца и изменение знака фототока при переходе через середину образца связаны с изменением потоков неравновесных носителей приходящих к приэлектродным областям, кристалла itbAg^Ij. Действительно, кривая рис.2 хорошо описывается выражением типа: 1{х) — /0(ехр((х - a)/L) — ехр(—x/L)), где х — расстояние от электрода до области освещения, а -длина образца. Значения диффузионной длины носителей заряда в кристаллах RbAg^Ij, полученные из сопоставления экспериментальной и расчетной зависимостей оказались в пределах Ьо = 1.0т 1.4мм. Зависимое.» диффузионной длины носителей заряда от температуры представлена на рис.3, видно, что область температур Э20К4-359К характеризуется резким уменьшением длины диффузии с ростом температуры. 1аблгода-

2000

£ 1500 Л ё

-¿1000 ы

500

'Г,

-20

О

Л О

го 40 со Температура, С

Рис.3, Температурил» ззвчсгиосгь длкни иосетелсЯ гзрвда в кристалла*

тлни.

емый эффект обуслозлеи уиенынетгем пременн жизтг электронов вследствие температурной активации дырок с акцептор!»« уровней в валентную зону н их рекомбинации.

Возникновение фотопидуцпрованных токоп п кристаллах суперионного проводника ИЬАс!^ связывается с нестационарны чн процессами установления контактной разности потенциалов на границе электронный 'проводник. - твердый электролит. Такие процессы, как показывают проведенные оценки, могут происходить с болыш. 1 и характерными временами до 107 секунд.

Большое значение, длины диффузии носителей заряда (~1мм) позволило использовать зависимость величины фотостимулиро-ванного тока от области освещения образца для анализа неоднородности распределения дефектов в прнзлектродных областях кристаллов ПЪА^^. В результате проведенного анализа обнаружено существование протаженной (~1мм) прнэлектродной структуры дефектов, которая развивается во времени с характерным временем порядка 40-50 часов и имеет характерный размер вбтвления ~100мкм.

Р третьей главе представлены результаты исследований рас-' пределения интенснвностей основных полос фото- и катодолю-мннесценции в прнэлектродных областях кристаллов Ш)Ай415 с

целью выяснения природы возникающей дефектной структуры. Ранее в работах [1,2] было установлено, что фотолюминесценции (ФЛ) -у-фазы кристаллов Р.Ь/\^.)15 имеет центровую природу. Исследования спектров ФЛ в этих работах показали, что полоса £фл1 & 3.1 ^эВ связана с центрами, в состсв которых входя'.- вакансии хагионов а излучение Е^а ~ 2.75эВ и В^з « 2.85эВ

— с центрами, в состав которых входят меэсузелыше катионы серебра. Таким образом, изучение распределения интонсивно-стей полос люминесценции позволяет получить информацию о профиле распределения концентрации катионов серебра в исследуемом образце. В первом разделе рассматриваемой главы приведены блок - схем? элепернмен альной установки для оптических измерений, описание используемых экспериментальных методик. Исследования ФЛ 7 — ПЬАе^ проводились при температуре Т = ЪК и длине кйАШ возбуждения люминесценции Ам — 375нм. Игследования юИЬДЯЛ)оЫиЯесценцлн кристаллов 7-ПЪАз^ были выполнены с Использованием сканирующего электронной" микроскопа.

- На оснований ЦроведеНШМ'О анализа спектров ФЛ обнаружено увеличение концентрации цен*роь, в состав которых входят меж-узельные катионы серебри, й блИзи контактов, имеющих величину злектронИой рйбдтЫ Ёь1хода большую, чем рабо.а выхода крйМалЛа Это связывается с наличием двойных заря*" йенны* Ш гракйце электронный проводник - суперионый Н^51ШД1!Ик й 6бЪ9сищется в рамках простой модели Шоттки в НрёДНФШсейШ^ Что процесс экранировкк потенциала двойного СЛОЙ ЬЬуШ£Ь'Ш1яе'Ь:я подвижной катионней подсистемой. Од-НйкО» ИёДОсШоЧНое пространственное разрешение этого метода (~1ММ) йЬЗКОЛило сделать лишь качественные заключение от-»1йей1£ЛьН0 )чёхйНизма наблюдаемого явления.

Дла изучение Профиля распределения центров люминесценции Ь йрИкоНтактных областях кристаллов ИЬАй^ более информа-■ШВНЬМ Оказался метод исследования спектров катодолюминес-. ЦёйЦйИ (КЛ). При этом оказалось, что положения максимумов и ЙОЧуШЩШЫ Пслос 9» спектральной зависимости КЛ кристаллов

10

РпЫ. Типичный спектр .Л гристаялст ЮАцЬ оря энергия »геСуздзлвдц азоггрсмса № = ПОюВ и клвяяяе тоа 7 = в-!(Г"Л (ТаЮК).

Рнс.5. Зависимости штегралмшх шпедачисме^ осяомжх полос КЛ от гл>С«лы пронииновсняя возбужяавщнх электронов. Спектры КЛ »юрыкротаяы на паюсу с иаксв-мумом 2.9эВ.

11

7 — RbAgJj (рис.4) совпадают с соответствующими характеристиками линии в спектре ФЛ. Были проведены исследования зависимости спектров KJI кристаллов 7 — RbAgJs от энергии возбуждающих электронов. Обнаружено, что при : алых значениях энергии (до ЮкэВ) в спектре KJI преобладает полоса с максимумом. 2.9эВ, которая связана с присутствием на поверхности образца пленки Agi — продукта разложения кристаллов RbAgjIg. Известно, что энергия возбуждающих электронов определяет глубж;. их проникновения в об *ч кристалла согласно простой эмпирической зависимости Rc fc- 4-£7]/76//)ыкг/сма, Шв1 =кэВ, плотность кристаллов RbAgJ5 определена на основе данных, рентгеноструктурного анализа и равна р = 0.384г/см*. Были проведены оценки толнцшы пленки Agi на поверхности образца, что позволило в дальнейшем нормировать интегральные интенсивности основных полос КЛ кристаллов 7 - RbAg^s на полосу 2.9эВ. На основании исследований распределения интен-сивностен основных полос КЛ в приповерхностном слое кристаллов 7—RbAgJs (рис,5) обнаружено пространственное разделение полос, связанных с межузельными катионами Лд+ и вакансиями Характерный размер пространственного разделения оказался порядка 10~4см, что коррелирует с величиной дебаевского радиуса экранирования дла катионов Ад+ в 7- фазе кристаллов RbAgile (n* ~ 10,ecm~3, Rp ~ 10-4cm). Линейная зависимость интегральной интенсивности линий i спектре КЛ в зависимости от глубины проникновения возбуждающих электронов свидетельствует о равномерном распределений центров люминесценции в объеме образца на расстояниях >2мкм от оверхности.

Исследование распределения центров люминесценции в при-контактных областях кристаллов RbAgJs проводились при глубине пронигчовения возбуждающих электронов ~5мкм. Обна-, ружено, что в кристалле RbAg<I$, находящемся в контакте с , графитовым электродом при комнатной температуре, происходит медленное, с характерным временем порядка суток, перераспределение центров люминесценции на расстояниях сравнимых с размерами образца (до 2 мм). На рис.6 представлено распре-

И- 2.75 эВ

расстояние от контакта, зш

Рис.6. Профиль рзспредатсня» кэтсяошмстеЭ ссксмвп поясе X а приг гггас1 сйлзста кристалла ЯМ;«/« через 39 часта пяле юпяетлгвет шила

деление иитенсвностей основных палое ХЯ з приконтактаей об зстн христаллз ItЬЛg^I5, установившееся через 30 часов гаь еле изготовления контактов. Видно, что существует протазеезтаа область ~1мм, в которой преобладают центры люминесценции, а состав которых входят меяузельные хатионн серебра..

В четвертой главе представлены результаты измерений.гатът - амперных характеристик (ВАХ) кристаллов супериоппого проводника 11ЬА(£|15 в условиях блокирования ионпого тоха при температуре Т = 300К. Приведена схема установки для проведения электрических измерений. На рнс.7 приводится типичная ВЛХ ячейки (—)Ag|RbAg^I5|C(+). Наличие контактной разности потенциалов на границе электронный проводник - супгргонный проводник свидетельствует о том, что лимитирующей стадией протекания электронного тока может яплятьез перенос эарцза через границу раздела. В случае "тонхого" запирающего слоя выражение для ВАХ имеет вид:

V = — 1п

кТ. 1 + (1/АТ7)пхр{р1/кТ) е 1 - (//ЛГ2)ехр(Г2/*;Т)

7[

+ю '

где А к Ажт'к%/к% « 120А/см3фад\ Г; Е Дс - ~ Разность между работой выхода графита Ас « 4.С -г 4.7зП и злек-тронным сродством электролита г-= А«' — И {Авг. ~ 4.44»В, ц ~ положение уровня Ферми под дном зоны проводимости), Рг н - \'5£ — разность между работой выхода серебра. Ад« « -1 .оэВ и электронным сродством электролита, Д - со-протиьленне образца. Из сопоставления расчетной {кривля1, рис.7) и экспериментальной зависимостей (области I и II ВАХ) определено положение уровня Ферми в запре!. иной соне ц « О.ЭэВ и величина электронной проводимости ае « 2.5 х 10-э (Ом см)"1 кристаллов ЕЬАй^. Полученное значение велн-чи;ш электронной проводимости хорошо согласуете» с величиной, полученной при измерении внутреннего сопротивления источника тока при освещении прикоитзктной области кристалла ИЬАдЖо = 1/л, « 3.3• 10~®(0м-ск)-1 '»стр.6, гл.2).

В области III ВАХ наблюдается. сьерхлипейлый рост .ока при увеличении напряжения. При напряжениях 550-700 мВ экспериментальная кривая хоро'ио описывается экспоненциальным «коном с энергией вкгивацчи АВ « кТ. Акали„ экспериментальных данных пока мл, что наблюдаемы" сверхлинейный рост гок^ обусловлен процессами туннелирования электронов через барьер, включенный в обратном направл?:-ии.

Обнаружено, что при напряхеениях • ~ 700мВ возникает неустойчивость протекания тока в кристаллах ПЬАр;^. При этом наблюдаются низкочастотные (и ~ 1()_1сек-1) осцилляции чока во времени при постоянном напряхеении. При увеличении напряжения наблюдается сверхлиненный рост амплитуды осцилляции, которая цри напряжениях ~ вООмВ принимает значения сравнимые с "йСлининой цро* екающего через ¿Драгеи ток» <рис.8). Частота колебаний ггока также растет с ростом «заражения. (Было установлено, «¡и» освещение кристалла сеетам & зи^рдией. ¿оотюетстьуюи' возбуждению эле.хяраиыь.х ценгрвд, «приводит ж -понижению вдрогояого »ноцйяженця воаннкновения -осцилляций «ока: ¡Вваникиовошге дбуашйчивоевд -о^^няется наличием в ¡Чрхстадогаж •»лек;гро»Щьис ¿ц^ред, дм догорых харак-

¡Ш

Рис.7. Типична« »ajar - мшеряз! характеристика «чейет

а Рнс.Я. Осцяллярш тока при постоптом «яспицм напряжения ва mefcte V я SOOuB.

ÍJ

О *

°lt¡r ' ' lio ' lio ' ' ' lie ' r~l '~íli сродная напряженное! nona, В/ом

Рис.9. Зависимость скорости домена от напряженности электрического полк.

терно увеличение коэффициента захвата электронов при увеличении напряженности электрического поля. Показано, что такая ситуация может быть типичной для суп°.рионных кристаллов, в которых при изменении зарядового состояние электронного центра происходит экранирование электростатического взаимодействия между свободным электроном или дыркой и ионизованным центром за счет изменения заселенности позиций подвижных ионов. Такие материалы могут обладать отрица тельным дифференциальным сопротивлением. При некотором пороговом напряжении в кристаллах суперионного проводника следует ожидать возникновения областей с высокой и низкой напряженностью ноля, причем образованные таким образом до лены будут перемещаться от одного контакта к другому. На рис.9 представлена полученная в настоящей работе зависимость скорости перемемещенля доменов в кристаллах RbA&Ij от сродней ' напряженности поля в образце.

В заключении приведены основные результаты и выводы диссертационной работы, которые состоят в следующем:

1. Впервые обнаружено возникновение тока при освещении приконтактной области кристаллов. RbAgJs. Изучены его спек •.

тральные н температурные характеристики. Предложен механизм возникновения фотоиндуцнрозанного тока, который связывается с нестационарными процессами установления контактной разности потенциалов на границе электронный проводник - су-перионньш проводник.

2. Установлена корреляция полос в спектральных зависимостях фотостимули;>ованного тока с • полосами в спектрах, наблюдавшихся при исследова ми оптических характеристик кристаллов RbAg4I5. Сделан вывод о применимости спектральных к температурных зависимостей тока для анализа спектра элек-*ронных состояний в запрещенной зоне суперионнон «-фазы кристаллов RbAg<iI5.

3. На основании анализа зависимостей величины фотоин-дуцированного тока от области освещения образца исследована Температурная зависимость длины диффузии носителей заряда & кристаллах RbA¿4I5• Значения длины диффузии в дпа-Назоне температур от 250К до 320К оказались в пределах ¿о = 1.0 ч- 1.4мм. Обнаружено уменьшение длины дпффузни Ь ростом температуры в области температур 320/Г-т-350/Г, что Ьбъясняется уменьшением времени жизни электронов вследствие Температурной активации дырох с акцепторных уровней в валентную зону и их рекомбинации.

4. Зависимость величины тока от области освещения образца Использована для анализа неоднородности рас.теделения дефектов в приэлектродных кристаллов RbAg4I5• В результате Проведенного анализа обнаружено существовать протяженной |~1мм) прнэлектр^дной структуры дефектов, хоторая развивается во времени с характерным временем порядка 4(И-50 часов & имеет харахтерньЛ размер ветвления ~100мкм.

■5. Методом пространственно - разрешенной оптической спех-1 троскопни изучено распределение ннтеисивностей основных полос фото- и катодолюминесценции'в приял^Угродных областях кристаллов Показано, что наблюдаемая протяженная

нрнэлектродная структура дефектов состоит из оптически активных центров, в состав которых входят сверхстехиометрнчные

катионы серебра.

' 6. На основании исследований распределения игтенсивно-стей основных полос КЛ в приповерхностном слое кристаллов 7 —ЛЬАдДв обнаружено пространственное разделение полос, связанных с межузельными катионами Ад+ и вакансиями Характерный размер пространственного разделения оказался порядка 1СГ4см, что коррелирует с величиной дебаевского радиуса экранирования дла катионов Ад* в 7- фазе кристаллов ПЬАд.)^ («7 ~ 101всм"3, Л]>~ 10~*см).

7. Измеренны вольт - амперные характер тики ячейки (-)А8!Ш>АБ415|С(+). Описание ВАХ осуществлено в рамках модели упитывающей, что лимитирующей стадией протекания электронного тока является перенос зарядов через границу раздела. Определены положение уровня Ферми в запрещенной зоне под дном зоны проводимости /(и 0.9эВ и величина электронной проводимости ае к 2.5 • Ю~9(Ом см)-1 кристаллов ПЬА^Ь.

8-Обнаружено, что при напрях<ениях > 700мВ в кристаллах RbAg^I5 возникают низкочастотные (1/ ~ 10_1сек-1) осцилляции тока во времени. Исследованы зависимости амплитуды и частоты наблюдаемых осцилляции от приложенного напрпжения. Возникновение неустойчивости протекания тока объясняется наличием в кристаллах суперконного проводника электронных центров, для которых характерно увеличение коэффициента захвата электронов е ростом электрического поля.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующие работах. <

1. Борис А-В., Рредикнн С.И. Фото-э.д.с. в кристаллах твердого электролите РЬАеЛг- Письма в ЖЭТФ. 1989. Т.49, №2. С.89-92.

2. Борис А.8„ Рредихин С.И.., Дашкова Н.В. Исследование электроиноГ« прваоднморти твердых электролитов ВЬАб^. ФТТ. 1989. Т.31. Ш. ОД<¥Ы03,

3. Борис А.В.. Бредя«нн С.И-, йоаддава ИМ.., Личкова Н.В. Исследование ар«эя£*»родвдуас 9 эде^трохимиче-ской ячейке Ag|RbAg4I5¡C ФТТ- 4989.

т.31, №4. С.47-50.

4. A.V.TJorirt, S.I.Bredikliin. Volt-ampere characteristics and interface charge transport in solid »¡lectrolytcs. Recent Advances in Fast Ion Conducting Material« and Dcvicos, pp.221-224, Ed. by B.V.R.Cliowdari ,1990, Wold Scientific.

5. A.V.Boris, S.I.Bredikhin. Investigation of the defect distribution in near contact region of RbAgJs snperionic crystals. Radiation Effects and Defects in Solids. 1991, Vob.119-121, pp.129-13-1.

6. Борис А.В., Бредихин C.II. Фотоиндуцнрованные тохи в кристаллах супериопкого проводника RbAgjla. ФТТ. 1992. Т.34. №1. С.219-224.

7. A.Boris, S.Bredikhic, N.Kovabva, D.B.Holt, Br.C.H.Stcel,

D.O'Neill. Defects and processes occuring on the solid electrolyte electrode interface аз. studied by optical methods. Abstracts of the Inir-national Conference on Defects in Insulating Materials (ICDIM 92), Nordkirchen, Germany, 1992,

Цитированная литература. -

1. Бредихин С.И., Ковалева Н.Н., Личхова Н.В. К вопросу о механизме фотолюминесценции супериотшх хрпсталлов RbAgJs- ФТТ. 1986.' T.2S. С.2813-2818.

2. Бредихин С.И.," Ковалева Н.Н., Личкова Н.В., Хасзпов И.Ш. Влияние ионной имплантации на люминесценцию и поглощение света а суперконных кристаллах RbAgJs. ФТТ. 1987. Т-29. С.772-776.

1С