Фотовольтаические эффекты в галогенидах кадмия и свинца тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ЛЬВОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им.ИВАНА ФРАНКО

На правах рукописи

НАТВШтаИН Игорь Михайлович

ШВШАИЧЕСКИЕ ЗШ1Н В ГАШВДйХ КАДНИЯ И СВИНЦА

91.04.07 - физика твердого толл

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата <^изико-математических наж

ЛьВОЭ-1992

ЛЬВОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ вы. ИВАНА ФРАНКО

На правах руяописа

МАЗЖШШН Игорь Уахайяовач

ФОТОБОЛЬТАИЧЕСЯИЕ ЭФФЕКТЫ В ГАЮГЕШЩХ КАМИНЕ СВИНЦА

01.04.07 - фазана ¡твердого 1ела

Авторефераг

диссертации за соискание ученой степ-енн кандидата фасякс-г^атегагаческих ыаув

Льесв - 1992

Работа наполнена на кафедре общей фазикв Львовского государственного унаверсзтета иы. Ивана Франко.

Научные руководители - доктор фазяко-ттеттвческих наук, профессор ЛЫСКСВИЧ А.Б., кандидат физико-математических наук, старший научны! сотрудник БОНДАРЬ В.Д.

Официальные сшховензш: доктор- физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ИФ АН Украины БЛОНСКИИ И.В., кандадат фазико-ыатештических наук, доцент САБЧИН В.П.

Ведущая организация - Укгородскай государственный университет, г. Ужгород. ^

Защита состоится " t1 " 199,2 г. в " /■$ "

часов на заседанЕл специализированного Совета Д 068.26.05 пра Львовском государственном университете по адресу: 2S0G05, г. Львов, ул. Лоьйносова, 8а.

С диссертацией ножнз ознакомиться в научной библиотеке Льговского государственного университета им. И.Франко (г. Львов, ул. Драгоманова, 5).

/

Ученый секретарь 4 специализированного совета доктор фаз.-мат. наук

ИЛ.ПШЮШНКО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕИ1ШКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Взаимодействие электромагнитного излучения с кристаллическими структурами составляет одну из важнейших проблем физики твердого тела. Особый интерес в этой области исследований занимают физические явления, связанные с неравновесным состоянием электронной подсистемы. В данном случае, в первую очередь, имеются в виду процессы возникновения фото-э.д.с. при отсутствии внешних электрических полей - фотовольтапческие (ФВ) эффекты.

Баяным из этого класса эффектов является фотогальванический (сГ) эффект - возникновение э.д.с. з кристаллах под действием однородного облучения, связанный с тем, что в неравновесных условиях при оптическом возбуждения возможно возникновение электрических напряжений иной природы. Эта напрянения обусловлены отсутствием у среда центра симметрия /1/, а также наличием структурных ориентированных макронеоднородностей - анизотропии и микронеоднород-ностей - локальных дефектов /2/.

Актуальность исследований ФГ эффектов связана со значительном интересом как для физики твердого тела, так и для понимания особенностей механизмов переноса заряда в средах без центра симметрии, а таюге. перспективностью практического применения эффекта.

Изучение свойств слоистых кристаллов иодидов кадмия я свинца, которые являются иецентросимметрзчншн и характеризуются резко анизотропными свойствами вследствие отличая в природе химических связей в различных кристаллографических направлениях^ в аспекте выявления в них сЗ и ФГ эффектов имеет свои преимущества. Это обусловлено тем, что слоистые кристаллы хорошие модели двухмерных структур, свойства их могут меняться вследствие антеркалкциа, а также возможностью использования их в качестве элементов памяти, анализаторов поляризованного света и материалов для регистрация ионизирующих получений.

Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы заключается в изутеши механизмов возникновения 03 и -л1

эффектов в кристаллах яодадов кадмия и свинца в зависимое-та от ориентации образцов, тешературы, примесного состава, скружаще! газовой среда а возможности практического применения исследованных процессов в данных материалах.

В процессе выполнения работы решались следующие основные задачи:

- выращивание кристаллов в изготовление ориентированных образцов;

; - исследование возникновения фотонапрягения (<2Я) в поперечной режиме (поток квантов и межалектроднкй промежуток пердйндикудяран) при облучении кристаллов иодидов -кадмия в ¿винца электромагнитным излучена ем разной энергии;

-исследование временных, поляризационных, температурных зависимостей ОН кристаллов М12 и РЫг ;

- исследование влияния активирующих примесей и газовой среды на характеристики ФН, возникающего в образцах при облучении.

Научная новизна. Результаты работы дали возможность впервые:

- выявить и исследовать поперечные и еГ эффекты в кристаллах СЛг и РЫ2 ;

- показать, что рентгеновское облучение 45° срезов кристаллов СУ12 приводит к возникновению поперечного фотонапряхения (ПФН), обусловленного совместным дейст-Ые'л демберовского в фотогальвавдческого механизмов, а для аналогичных срезов РЬ12 доминирующим механизмом является декберовский; '•/•,.

- исследовать спектральные области проявления поперечного демберовского механизма образования ОБ аффекта и агентов, обусловленных ФГ механизмами в кристаллах иодис-юй кадмия и свинца, выявить циркулярный 4Г аффект в кристаллах С<Л2 ; ,

- установить влияние примесей в СУ12 на спектральное распределение-ФН; .

- изучигь характер ■поведения величины к знака ¡¡¿11, юзникмкцего при облучения рек^тексзслыд: квантами кркс-

галлов, находящихся з различных газовых средах;

- выявить связь знакопеременного характера кинетики ПФН при возбуждении кристаллов (Ш2 светом из области объемного поглощения с плотностью дефектов в образцах.

Практическая ценность. На основе обнаруженных в ходе исследований особенностеЗ механизмов генерации ФН создан детектор ионизирующего излучения, который характеризуется линейностью в диапазоне мощности доз от О до 1000 Р/кан, высокой чувствительностью Р/В). Получено

авторское свидетельство - "Детектор ионизирующего излучения" . (АС й 1387680).

Выявленное в кристалле галогеннда металла явление координатной чувствительности, которое обусловлено поперечной еГ э.д.с., позволило создать коорданатнс-чувствитель-ный приемник излучения, работающий на эффекте, в получено репенде на Еыдачу патента по заяЕКэ .'2 4433689/25.

Показана возможность использования крпегаллоз слопс-то2 структуры для анализа газов (заявка .'5 4712710/25).

Защищаемые положения; -

1. Б кристаллах Сс112 л РЫ, прл облучении их электромагнитными кванташ различной энергии возникает П$Н, обусловленное поперечной э.д.с. Деибера (ПЭД) п ФГ эффектом. ПЭД связана с возникновением'электрического поля, поперечного градиенту концентрации носителей заряда при облучении анизотропно'го слоистого кристалла сильно аоглощаеыым светом, вырезанного, под углом я кристаллографической оса Сц. Природа ФГ эффекта обусловлена нецентро-сл1шетрачностыз кристаллов, существованием вцделенных направлений - ось С2 и перпендикулярные ей плоскости спайности, а тахсз ораентированшгх дислокаций.

2. Позиционная чувствительность кристаллов иодпдов кадмия и свинца обусловлена действиа: реактивного нехяялз-гл возникновения фотогальваначсского напряжения.

3. В случаэ облучения кристаллов иодистого кадмия светом из области фундаментального погдоцегля вдоль плос-кссте2 ссайкосуа наблюдается щркущршЯ' фотогальванв'гес-кий о5>1ект. - •

4. Энергетически спектр возбуздеаая ЙГ напряжения в изучаемых кристаллах находится в длинноволновой области максимальной генерации концентрации носителей заряда, а поперечного эффекта Дембера - в области фундаментального поглощения кристаллов и соответствует максимальному градиенту концентрации носителей заряда.

5. Механизмы, возникновения ШЯ связаны с зонной структурой кристаллов: в непряшзэонном Сс! 1г возбувдает-ся ПЭД я ФГв.д.с., в прдаозонном РЫд - преимущественно ПЭД.

6. Активация кристаллов (Ш3 обусловливает изменение спектра д знака ПФН вследсхвае образования примесных йГ-центров.

7. В облученных рентгеновскими дучаш кристаллах СсЯ2 и , находящихся в газовой среде, возникает ГЕН, величина, анак £ 'экстремальные точки кинетики которого определяются радаусом, атомным весом газа, создающих при этом фотогадьваническле центры.

Апробация работы. Наиболее вааные результаты работы докладывались аа Ш Всесоюзной конференции но физике полупроводников (Киев, 1990 е.); I к П Республиканских конференциях "Физика твердого тела а новые области: ее применения" (Караганда, 1986,1930 г.г.}; П,Ш,1У конференциях молодых ученых по'*проблеме "Физика твердого тела" (Львов, 1986,1988,1290 г.г.); еаегодаых научных конференциях Львовского государственного университета, посвященных итогам научно-исследовательской работы. По ¿'«атериалаы диссертации опубликовано в статей в научных журналах и сборниках, а такге подучено авторское свидетельство и решение на выдачу патента по заявке.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка: литературы. Содержание работы изложено на /// страншгах, в том числе Л/ страниц основного текста, ХЗ рисунков. Библиография включает 160 наименований.

КРАТКОЕ СбдаШНИЕ ЕАБО'ГЫ

Во введении обсуждается состоите вопроса к началу исследований, сформулирована дель диссертационной работы д определены объект и метода исследования.

В первой главе. рассмотрено взаимодействие излучения с локальными зеоднородаостяма в кристаллах пра отсутствии Енешнпх электрического л магнитного полей. Вследствие возбуждения таких структур светом лз области собственного либо прамеоного поглощения, возникают <ЗГ напряно-нне в ПЭД /1-3/. Поперечное демберовское фотонапрязенае' возникает в результате того, что при облучении анизотропных кристаллов -светом из области фундаментального поглощения тензор подвидноота находится под углом к направлен» градиента концентрации носителей заряда. Анализ фаадко-химаческих свойств кристаллов аодздоз кадмия и свинца показал, что указанные объекты, имея слоистую структуру, характеризуются резко выразенной анизотропией решетка, оптического поглощения а электропроводности /4/. Именно это д обусловливает возмсшюсть возникновения еффектоз, ОЕязан-днх с особенностями распространения возбуздепая и диффузии фотогенерировашшх носителей заряда в различных направлениях относительно оптической оса кристаллов. Проведен анализ основных свойств <2ГЭ:.кристаллической симметрии, ори-еагацяоншг, поляризационных, температурных зависимостей, спектральных характеристик. Рассмотрена механизмы возник- ■ новения ФГ э.д.с. связанные с асимметрией процессов генерации, рассеяния, ионизации,• рекомбинации, взаимодействия носителей заряда с фогонама» фононао, дислокациями л прз-кесяьз в кристаллах £ез центра сашетрая.

Вторая глава аосмчеаа описанию методика выращивания а подготовка образцов для исследований, а таксе экспериментальных методов измерения ФН. Кристаллы Cdl2 п Pol., выращивалась методом Еридамена-Стокбаргера а имела, соответственно, 42- а 2Н-полпткшше модификации. Из кристаллов вырезались образцы в форме параллелепипедов таким образом, что облучаемая'поверхность составляет с кристалло-

графической осью Cg, направленной по нормали к плоскостям спайности кристалла,углы от 0° до S0°, а электрода нанесены на боковые грани параллелепипеда, перпендикулярные облучаемой поверхности и образующие с осью Cg угол S0° - <Р . Для измерения ПЭД и ФГ э.д.с. использовался электрометрический метод в режимах Uxx и . С целью идентификации, составляющих &Г эффекта эксперименты проводились пра возбуждении кристаллов линейно- и циркулярно-поляразованным светом. Источниками когерентного монохроматического излучения служила лазеры с ^ & = 325 нм (3,8 эВ) (область прямых зона-зонных переходов в

Cdl2 ), А& = 440 нм (2,8 эВ) (область фундаментального поглощения в ). Образца с нанесенными омическими контактами помещалась в криостате, где проводилась . измерения как в вакууме, так и в газовой среде в температурном диапазоне 80*3р0 К. Спектры хозбувдения ФН, нормированные на одинаковое число квантов с учетом кинетики процесса релаксации, регистрировалась с энергетическим разрешением ~ 10 эВ/мм. пра пошща электрометров типа ЬК-2-16» В7-20. Образцы возбуждалась рентгеновским и оптическим монохроматическим излучением, светом лазеров различной энергии. Интенсивность возбуждающего облучения изменялась в пределах даух порядков с использованием ослабляющих фильтров»

В третьей главе приведены результаты изучения ые-. ханиз&ов возникновения ПФН при рентгеновском возбукденаа. При облучении обраацов Си К ^-излучением установлено действие двух механизмов генерации ПФН. Для исследованных разных ориентации кристаллов наблюдалось линейно увеличивающееся с мощностьа дозы облучения поперечное ФН. Установлено, что в общем случае возникновение ПФН возможно в результате нескольких причин. ПФН ыоает быть обусловлено оГ эффектом, характерным для кристаллов без центра симметрии либо содераащвх дислокации, а такге поперечным демберовским механизмом. ■

Для кристаллов (УГг ■.. Р61- в ориентации 0°, 90° наблюдается д.е., которая обусловлена ¿Г эффектом. ПЭД

в этом случае не наблюдается, поскольку главные направления тензоров подвияноста носителей заряда в облучаемой плоскости совпадают о кристаллографическими осями^ ;

Так как в кристаллах СЙ12 : наблюдаются краевые в винтовые дислокации, то зтот фактор могет влиять на формирование ФГ э.д.с. Учитывая, что краевые дислокации ориентированы вдоль слоев кристалла со слоистой структурой, а оси винтовых дислокаций направлены перпендикулярно слоям, следует предположить, что в процессе возбуждения рентгеновскими квантами происходит асимметричное рассеяние носителей заряда на ориентированных дислокациях, для деформационного потенциала которых характерно отсутствие аксиальной симметрии. В результате этого возникает анизотропно'е распределение носителей заряда, что в значительной мере определяет возникновение ФГ э.д.с. в кристаллах СсИг а ■. :■; .,/

Для 45° срезов кристаллов" ОЛ2 и ■ РМ- величина ПФН зависит от направления возбуждения кристалла рентгеновским излучением: с фронтальной или. противоположной стороны. Величина ПФН в этом случае изменяется .в несколько раз. Характерным признаком ПЭД является изменение знака ее при переносе облучения с фронтальной поверхности кристалла на тыльную, поскольку в кристаллах^ вырезанных под углом к кристаллографическим осям, главные направления тензоров подвижности не совпадают о ними в плоскости облучения, а демберовское поле ■ направлено под углом к градиенту концентрации - носителей заряда. При облучении.такого образца электроны д дырки, диффундируя вглубь кристалла, отклоняются в стороны своих максимальных яодвияностей, и, вследствие чего, результирующее поле имеет противоположное направление при поочередном возбуждении 'симметричных поверхностей. В кристаллах Сс112 не наблвдается изменение знака, а лишь уменьшение величины ПФН. Из этого еле-' дует', что в кристаллах Сс112 на ПЭД накладывается э.д.с. другой природа^ С помощью графического анализа установлено, что П2Н для 45° среза представляет собой суыду двух. слагаемых, одна из которых постоянна и не зависит от на-

правления облучения. Это указывает на то, что постоянная составляющая имеет ту ае природу, что и. в 0° и 80° срезах а является фотогальванической э.д.с-. Дяя 45° срезов кристаллов РЫ^ характерно изменение знака ПФН при поочередном облучении фронтальной и тыльной сторон образца,, что является существенным признаком ПЭД. В то же время с изменением направления возбуждения кривые дсзовых зависимостей э.д.с. не повторяются с зеркальным подобием, что связано с незначительным вкладом Ш э.д.с. в ПФН для кристаллов Р614 , по сравнению с Сс112 Такой результат мокет быть обусловлен, в первую очередь, отличием зонной структуры прямозонного Р&12 :и непрямозонного (Н12 .

С г.ельв выявления влияния неоднородностей кристаллов Сс11г , Р2>1г либо контактов на распределение ПФН при облучении образцов исследовалась координатные зависимости возникающей э.д.с. Величина ПФН в образцах определялась в различных его точках. Для Е'Того кристалл облучался рентгеновским зондом на разных расстояниях от контактов. Распределение ОД по-образцу» в общем случае,, имело синусоидальный, симметричный характер. Дня (Н12 максимального значения ПФН достигало в области, равноудаленной от электродов, а для Р6Г2 ' — ~ у электродов. Выявленная, позиционная чувствительность в кристаллах СсИ2 достигается за . счет того, что генерированные узкий зондом носители сво-бодао разлетаются в .противополозные стороны. При этом,, неравновесные носителе, генерированные , блике к краю образца, разлетаются Асимметрично, что обусловлено возникновением реактивной .ФГ э.д.с. , поскольку носители заряда, отражаясь от края образца .создают повышенную концентрацию в центре кристалла. Для Р&1г характер координатной зависимости ПФН обусловлен преобладащим действием поперечного демберовскоГо мехатшзма' возникновения э.д.с. - ~

В четвертой главе ■ с целью разделения- энергетических , областей проявления различных механизмов генерации ПФН : исследованы поляризационные и спектральные- зависимости э.д.с.'В процессе экспериментов обращено внимание на взд временной завлсллхсга ПФН, которое при. облучении

кристаллов СсНа моает изменять зная, т.е. наблюдается осциллирующий характер явления, после чего устанавливается .стационарное значение э.д.с. Такие "осцилляции могли бы быть связаны с автоволновым процессом рассеяния света в кристалле либо- с неравномерностью теплового поля в нем. Однако указанные эффекты в этом случае нз проявляются, так как характеристикам автоволн рассеивания присуща сильная частстная зависимость, а период осцалляций зависит от интенсивности возбуздеаяя» чего на наблюдалось в экспериментах» Эце одним возмогшим механизмом таких осцалляций мсает снть перезарядка объемных центров прилипания, которые содержатся в слоистых кристаллах. Действительно, дая недеТюршрованных образцов. Сб1г при" возбуждении ах ла-нейнз-дзляризованнш светом из области объемного поглощения (лазер ЛГ-70, = 440 нм) наблюдается перехолктгй характер кинетики ПФН - следует "вспышка" полоаитель-нэго злака с переходом на стационарное отрицательное значение. В механически деформированных образцах возникает "вспышка" отрицательного знака © выходом на стационарное положительное значение ПФН. В темноте зарядовое состояние дефектов не изменяется» что ведет к сохранению вида-кинетики ПФН при облучении образцов спустя. 20-30 часов после деформации. Повторные деформации приводят к увеличению стационарного значения ПФН. Пра дальнейших возбуждениях образца наблюдается периодическое изменение знака ПФН, связанное с-перезарядкой центров прилипания. Характер кинетики ПФН для недеформарованного кристалла объясняется захватом освобожденных носителей на незаполненные уровни прилипания. При механической деформации, увеличивается концентрация линейныг дефектов, в частности» краевых дислокаций, усиливается длинноволновое (непосредственно закраем собственного)- поглощение,, чем обусдгавлпваётся увеличение стационарного значения ДФЕ.

Облучение прямых срезов (0°, 90°); кристаллов иодяо-того кадмия линейно-поляризованным светом (лазер ЛГН-504,

Л б = 325 нм), который поглощается в' приповерхностной области, приводит'к генерации .стационарного ПФН.'. Возникновение а.д.с. для 0° срезов могег. быть вызвано анизотро-

идей в распределении по импульсам носителей заряда в по- • ле ллнейно-доляр?.зованно2 световод волны. Механизм возникновения ПФН для 30° срезов кристаллов объясняется рассеиванием носителей заряда вследствие большой концентрации поверхностных дефектов. Зависимости кенду величиной ПФН и направлением поляризации света для приведенных ориентации кристаллов не наблюдается, что. свидетельствует об отсутствии линейного ФГ эффекта при возбуждения образцов в указанной области спектр. . -

Облучение прямых срезов.кристаллов Р61г квантами, с энергией которая соответствует прямым зона-зонным переходам (лазерное возбуждение А$ = 440 нм) приводит к возникновению ПФН, которое после вспкшки э.д.с. при непрерывном лазерном облучении быстро угасает. При выключении воз-бувденая наблюдается ПФЕ противополонного знака, что свидетельствует о процессе деполяризация. Для 45° срезов кристаллов СсИ4 и РБ1г кинетика ПФН при лазерном воз- , буаденди светом из области зона-зонных переходов характе- . ризуется изменением знака при изменении облучаемой поверхности образца на сишетричную ей,.что.обусловлено влиянием

пэд. •:•;'•'•

С целью установления влияния.объемных дефектов на процессы возникновения ПФН исследовалось одновременное действие светового возбуждения из области фундаментального ц примесного поглощения. Обнаружено уменьшение (гашение). ФК для 45° срезов (Н1г и РЫг при дополнительной подсветке с энергией,меньшей ширины запрещенной, зоны (2,8 эВ для Сс112 и 1,3 эВ для РЬ1г )., что когно". объяснить следующим образом. Генерированная э.д.с. в этом случае обусловлена, в основном, ПЭД, и описывается форь^улой: = —

^Т^мН' где Р^ и Р^) - поверхностная и объемная концентрации носителей заряда /3/. В результате роста объемной концентрации носителей заряда р((П за счет.подсветки из области примесного поглощения Е^ " уменьшается. Эти . объемные дефекты, по-видимому, имеют ту ке природу, что и в случае исследований по деформации образцов Ш1г .

Таким образом, подсветка из области примесного поглощения приводит к уменьшению.ПЭД,:что ведет к нарулешю су-

.цествующего градиента концентрации носителей заряда я, как результат, к уменьшений ИОН.

При возбуждении нецентросинметрпчгеи кристаллов CdL циркуллрнс-поляризованнш лазерным излучением величина *Н зависит от степени циркулярной поляризации света Р= Sin 20 t где 8 угол мехду оптической ссьэ четвертьволновой слюдяной пластинка а плоскостью поляризация лазерного излучения { = 325 юл). Облучение кристаллов Cdl2 вдоль плоскостей спайности приводит к возникновению ОН в направлении, перпендикулярном кристаллографической oca Cg. Э.д.с. кристалла аодида кадмия, измеренная в такой ориентации имеет вид пераодаческой завасикоота от степени циркулярной поляризации с периодом ( тр +■ 90°) а изменяется по закону U= Uc + UD вm2 9 . jj3 Езда этой экспериментально установленной зависимости следует, что наряду с ФН, связанным с циркулярным ОГ эффектом, существует Uc , независимое от степени циркулярной поляризации. Измерения £Н при неизменной степени циркулярной поляризации при вращении кристалла в плоскости, перпендикулярной падапцему излучению, показала линейный характер этой зависимости. Предполагаем, что это Ш связано с постоянной составляющей Uc фотогальваначес-кой э.д.с., обуслошиенной процесса'-: поверхностной рекомбинации .

Проведенное детальное исследование спектральных областей генерации.ПФН позволило выделить энергетические области возбуждения ПЭД а ФГ эффекта. Прямые срезы кристаллов Cdla а РЬ1г характеразуатся выразеннкш максимумами ШН соответственно в областях 385 - 3S0 нм и 540 шл, которые хорош совпадают с краем собственного поглощения а положениями максимумов фотопроводимости (ФП) пра комнатной температуре. Спектральная зависимость ПФН для 45° среза Cdla характеризуется двумя областями. Оото-з.д.с., генерируемая в энергетическом интервале 320-370 нм, определяется максимальным градиентом концентрации носителей заряда. Эта э.д.с. изменяет знак пра изменении направления облучения и обусловлена ПЭД. Наблюдаемая поперечная фото-э,д.с. в длинноволновой области спектра, с максимумом при

385 ни, проявляется в кристаллах (Н1г независимо от их ориентации а обусловлена ®Г эффектом. <5Г э.д.с. в этом случае для непряиозонного Cdl2 обусловлена асимметрией взаимодействия генерированных носителей заряда с фононаын.

Бри исследования спектральных характеристик Л<Ш 0° срезов кристаллов йодистого кадмия - наряду с максимумом, связанным с непрямое зона-зонными переходами Cdl2 (385 км) при 295 К, выявлены дополнительные (Еыоокоэнергэ-ычесцув, Л <■ S65 ни л низкоэнергетическую. "X > 385 им) а.д.с. различного зиаэса. Природа их установлена при изучении енергатического спектра возбукдения ПФН в зависимости от соотношения скоростей поверхностной рекомбинации на облучаемой и противоположной сторонах кристалла, что обусловлено аномальным эффектом Декбера /3/. Эксперименты проводились в такой ориентации образцов, при которой облучаемой поверхностно является плоскость естественного скола» а тыльная - шлифованная, о большей скоростью поверхностной рекомбинации. При возбуждении кристаллов в фундаментальной области, где све? сильно поглощается, возникает градиент концентрации носителей заряда, направленный к тыльной стороне. Б то Ее время облучение образцов Cdlj, в области объемного поглощения приводит к увеличению поглощения света и усилению генерации неравновесных носителей со стороны шлифованной поверхности. Это ведет к изменению направления градиента концентрации носителей заряда, чем и объясняется различие знаков ПФН в "длинноволновой" и "коротковолновой" областях спектра,-

Поперечное £Н в 45° срезе пркмозонного Р&12 наблюдается в области края фундаментального поглощения с максимумом при 525 лм. Форма спектра слабо зависит от замены направления облучения, а знак э.д.с. изменяется при переносе возбуждения с одной плоскости образца на против.опо-лоаную. Наблюдаемая некоторая несимметрля спектров связана с тем, что в области "540 нм генерируется незначительная <2Г &.д.с., независящая ст ориентации образца. При о г ом разностный спектр показал, что в области £25 нм максимальной является ПЭД.

Пятая глава посвящена изучению влияния температуры, правееей я газовой среда на характеристика поперечного SH. Литературные данные указывает на существенное различие в природе <21 и ФВ эффекта: а то время как Ш определяется временем еизнд и лодвинностью неравновесных верителей,4В э.д.с. от времени ндзна носителей заряда не зависит /I/. Известно, что локализация носителей заряда яп уровнях прилипания изменяет тип ■Ш Cdla вследствие чего в области 130 - 240 й преобладает р -тзп проводимости, а в интервале 240 - 300 К - П. -тип. Исследования спектрального распределения возникновения ПЗЯ в температурном интервале ZZ0 - 1о0 К показали наличие двух максимумов з.д.с.: яслоаптельного знака в области 375 - 370 нн л отрицательной полярноста 36Q-340 нм. Эволюция спектра ПФН с пьаыпеняем темпэратуры сопровождается появлением при 200 К максимума э.д.с. отрацатальной полярности в области 377 ям. При дальнейшем повыаеншг температуры з интервале " 240 - 300 К спектральная зависимость ДШ характеризуется одним шшшательныи каксамууои при 380 -390 нм. С понижением температуры полозательные максимумы СН сдвигаются в коротковолновую область со скоростью -2,5-Ю-4 эБД, что связано со смещением края непрямого поглощения /4/. Инверсия знака П£Н при Т<200 К в спех-тральном диапазоне 340 - 370 нм обусловлена изменением подвягности вследствие контролируемой ловупката локализации одного 23 видов носителей заряда.

Температурная зависимость ПФН дат кристаллов Р612 при лазерном зозбундении ( Ag, = 440 нм) указывает на то, что з области 180 К происходит изменение знака э.д.с. на противополояный. Согласно литературным данным, с пона-аенаеа тешературы подвижность дырок в P6Ia значительнЬ уценьшается. Нади экспериментальные данные по температурной зависимости ОГ э.д.с.' находятся в полном согласии с этими результатами.

Известно, что эффективными ФГ центрами в кристаллах являются примесные комплексы донорно-акцепторного типа и агрегаты дефектов /1,2/. Ранее проводимые исследования галоидных соединений кадшя и свинца показали, что в них

образуется в больпом колачёстве дефекты указанного тдла /4/, которые играют определяющую роль в образовании центров поглощения, люминесценции и Ш, Б общем случае, спектры ФГ э.д.с., в значительной степени, совпадают с видом спектров СП, однако при наличии примесей дают новую анформзааю. Неакгаварованные крастадш. Cdla характеризуются максимумом ОГ э.д.с. £ области 3SQ ни, который совпадает с ааиболызей СД п краем собственного поглощения. Активация аодпетого кадвая селнцо;; приводат к появлению дополнительного максимума отрицательного знака СГ э.д.с. в области 410 нм. Зта полоса наблюдается а в спектрах возбукденая люминесценция в СЛ кристаллов Cd 1г; РЬ пра 2 УЗ К /4/.

Спектральная зависимость ПФН кристаллов СсЯг : Sn характеризуется игрокам максацумом в области 440 нм, что соответствует ах спектрам.поглощения, Появление прамеской ФГ э.д.с. в длинноволновой области спектра, по-влдяко1.у, обусловлено процессом фотоандуцарованной флуктуации /I/, связанной с асашетраей перехода электрона в ионах Р&п и Sri14, из основного состояния в возбужденное и обратно. В то ге время прамесь европая в красталлаз: аодастого кадмия враводат к возникновению коротковолновых, относительно частого кристалла, максимумов СГ э.д.с. при 340 и 365 нм, 4V0 связывается с фотогальваническяма центрами, содерка-щима Ей -центры. Разрушение таких центров светом через виртуальное состояние _в зоне проводимости ведет к ФГ эффекту: Ей ** Н9 Eus * е . Роль прамеса проявляется'в том, . что пра внедрении ионов активатора в области ван-дер-ва-альсовых связей слоастого кристалла Cdl¿ проасходит перераспределение здектраческах зарядов на центрах захвата а образование квазадапольных пар тапа примесный ьон - йе-совераеаатво реаетка, ораекгарованкых преац/щественно в одном направленна.

Такам образом, ара взеденав прамесей в кристаллы аодастого кедмая возникают комплексы собственных а примесных дефектов, которые выявляют присутствие активатора я становятся эффективными центрама ФГ э.д.с.

Слоистые кристаллы обладают той особездостью, что

благодаря своей структуре в них возможны процессы внтерка-лирозания. При проведении экспериментов обнаружено, что облучение кристаллов высокоэнергетачным С ~ 8 кэВ) рентгеновским излучением в условиях атмосферы различных газов { Не , , 02 , воздух, Аг ) приводит к возникновении ПЗН. Регистрируемая э.д.с. з случае газовой среды принимает отрицательные, а а вакууме - положительные зна-ченая. Для исследования этого явления проводилась измере- . ния зависимостей П5И от давления С II1 ) в систе-

ме газ-вакуум в различных газовых средах. Изменена е -состава среда в ароцессе измерения сопровождается изменением величины л знака ЯШ. Пра откачке определенного зада газа . из састемы величина регистрируемой П£Н изменяется, доста-гая амшкгудного значения, а затем, по мере откачка газа, происходи? изменение величины а знака ПОЯ. Этот процесс для каздой атмосфернэ-аятивной среды имеет характерные точка: мсдуль амплитудного значения маясигума э.д.с., по-дуиараза пика и давление, пра котором происходит изменение знака э.д.с. Аналогичная картина наблвдается пра напуске газа в вакуумированную састеыу. Такая кинетика ПЭД связана с тем, что при наличии газа в системе он адсорбируется на поверхности кристалла, а такге атоглы (молекулы) газа внедряются в мекслоевое пространство» Пра адсорбции ионизированных атомов а молекул благодаря ах поляризуемости, 'возникают центры, владеющие анизотропными свойствами. Они эффективно захватывают электроны, в результате чего знак э.д.с. становится отрицательным. Асимметрия процесса взаимодействия ионизированного газа с электронно-дырочной системой кристалла ведет к ФГ эффекту. Пра образованна на поверхности а в объеме красталла активных центров адсорбированного газа различного типа ( Не , » 02 , воздух, Аг- ) возрастает коэффициент поглощения и удель-" ная поглощенная энергия ионизирующего облучения, которые растут с увеличением атомного номера и радиуса газа. Вследствие этого величина, экстремальные точки зависимости

= ^ СР^ линеЛно зависят от радиуса и атомного веса присутствующего газа. Это позволяет использовать слоистые кристаллы Сс112 для анализа состава газа. Приведенные

результаты указывают на то, что в облученных ионизирующим облучением кристаллах Сс11г , находящихся в газовой среде, возникает ПОН, величина, знак и экстремальные точки зависимостей 11= Я.Р) определяются радиусом, атомным весом и созданными при этом СГ центрага.

основные результаты и вывода

1. Исследованы и проанализированы П£Н в кристаллах иодястого кад\гя и свинца разной ориентации при рентгеново-' ком облучении. Установлено, что в 45° срезах поперечная э.д.с. зависит от направления офзученля: при освещения кристаллов с противоположных сторон величина генерируемой з.д.с. изменяется в несколько раз С СсИ2 ) или знак меняется на противоположный ( РЫг ). Это связано с действием двух механизмов - поперечного демберовского

а £Г э^ектов.

2. Позиционная чувствительность кристаллов Сс11г и Р&1г обусловлена действием реактишого механизма ¡«определения фотогальванического напряаеная.

3. Спектрально проявление 4>Г охсекта найвдается в длинноволновой области генерации максимальной концентрации носителей заряда, а поперечного э^екта Дембера - в области фундаментального поглощения кристаллов а соответствует максимально^ градиенту концентрации носителей заряда.

4. Механизмы возникновения Ис;Н СЕЯзанк с зонной структурой кристаллов: в неарямозонном кристалле СШг возбуждается ГОД и ЙГ э.д.с., в крямозонном Р£>1г - преимущественно ПЭД.

5. Уменьшение стационарного ПИ при меадузонном возбуждении 45° срезов кристаллов Сб\г и Р61г в условиях дополнительной подсветки из области примесного поглощения связано с делокализацаей одного из видов заряда.

■ 6. В кристаллах иодастого кадоия при облучении'образцов вдоль плоскостей спайности обнаружен циркулярный фотогальванический э^Х-ект.

7. Изменения в спектрах возбуждения П*Н для 0° срезов кристаллов Сс112' связаны с проявлением ано:.щльь*ого

эффекта Дембера, обусловленного различием скорости поверхностной рекомбинации на облучаемой а тыльной гранях образца.

8. Активация кристаллов Ш1г обусловливает изменение спектра ДФН по сравнении с неактдвировакнымп образцами, вследствие образования примесных иГ-центров.

9. Изучен механизм возникновения ДФЯ з облученных рентгеновский^ лучами кристаллах ОД2 ц Р8Т2 , находящихся в газовой среде. Величина, знак а экстремальные точка кинетики э.д.с. определяются радиусом, атомным весом газа а созданными при этом ФГ-центрамз.

10. Спдан детектор ионизирующего излучения, работая*-щий в ФЗ ре:£зме, чувствительный элемент которого изготовлен на основе кристалла Сс112 » Новизна разработка защищена авторским оздетельством & 1387680. Разработан аоорда-натяо-чуьсгьительнна премнак излучения и получего решение на выдачу патента по заявке Л 4483689/25.

Основные положения диссертационной работы отражены а следующих публикациях:

1. Фотовольталческие эффекты а ориентированных кристаллах СсИг слоистой структуры /Б.Д.Боадарь, А.Б.Лнско-зич, Я.М.Штвиишн, С.Б.1арамбура // Тез. докл. I Респ. кону. "Физика твердого тела в новые области ее применения1*, Караганда, 1985.- С. 87.

2. Матвиишвн К .К. Поперечная э.д.с. Дембера в кряо-таллах аодастого кадмия / Матер. 2 Кснф.мол.ученнг фаз. £ан.Львов.уа-та, Львов, 24-25 апреля 1986 г./ Львов.ун-т.-Львов, 1386: 45-46.-Рус.-Деп. в УкрШШИ 15.12.86 .

И 2790-Ук86.

3. Цатвиишин И.М. Линейный и циркулярный фотогальва-ническае эффекты в кристаллах Сс112 при лазерном возбуждении / Ыатер. 3 Кона.мел .ученых физ. д^ая.Львов, ун-та, Львов, 29-30 марта 1988 г./ Львов.ун-т.-Львов,1388: 120-122.-Рус.-Дел. в УярНШГГИ 05.12.88 В 2945-Ук 88.

4. Поперечные фотоэффекты в слоистых кристаллах СА1г яра оптическом и рентгеновском возбуждениях /

ВД.Бсндарь, А.Б.Лыскович, И.М.Иатвиишин, С.Б.Харамбура// Изв. АН СССР. Неорг. матер.-1990.-26,ЛЗ.- С. 660-661.

5. Цятмишя И М,, Боадарь Б .Д., Лыскович А .Б. Спектральные характеристики поперечной фого-э.д.с. в слоистых кристаллах йодистого кадка д а свинца /укр./ //Вести. Львов, ун-та. Сер. £ва..-19Я).-вш.23.- С. 327-30.

6. Каттаидии М.М. боховольтааческае центры в кристаллах иодастого кадмия я сеэнпд / Матер. 4 Конф.шл.ученых фаэ.фак.Львов.ун-таДъвов, 18-19 апреля 1990 г./ Львов. уз-т.-%Еьвов,1990: Н&-П7.-Рус.-Деп. в УкрШИНТИ 30.04.91

91.

'7. Природа фотовбльтаических центров в галогенидах кадыка /В.Д.Бовдарь, А.Б.Лысдовач, И.1£.ЫатЕаишин а др.// Тез. докл. П Респ.кокф. "Фиаика. твердого -тела а новые области ее применения", КарагавдаД990,- С. Г70.

6. Цеханнзиы образования поперечных э.д.с. в слоистых кристаллах со структурой Сс11л /ВЛ.Бондарь, А.Б.Лыскович, К.Ы.и!атишйя, С.БЛарамбура// Тез.докл. Ш Всесстз. конф. по фазане полупроводников, Клев,1Э30.-ч.2,- С. 112.

9. Детектор воназирущего язлученая / В.Д.Бондарь, Б.А.Белаковяч, А.БЛысковач, 1!.И.Ыагваяпия, С.Е.Харамбура// АС Л 1367260-1367. ,

1б. Псзнцаокно-чувствительный приемник излучения /

B.Д.Бондарь, А.Б.Дысковач, и.Ы.МатваишЕ, С.Б.Харамбура // Резение на выдачу патента по заявке £4483289/25 от 10.01.92.

Список цитируемой литературы:

1. Белиначер Б.К., Стуриан Б.11. «отогальванический эффект в средах без центра симметрии // У4Н.-1380.-130, вып. .3.- С. 415-458.

2. £(спг*А.¥,£пйп НА/. РЬо^оааКатс ш Са^а? у/ИЬ ъЛаПог*//51ф1983-Ц9-Р.А73-Ш

3. Некоторые фотоэлектрические свойства Сйвб , обусловленные анизотропией электропроводности /Т.С.Гертовач, И.П.Надько, И.Ц.Раренко, В.А.Романов // УФЕ.-1972.-17Д6.-

C. 956-961.

4. Шрокозовные слоистые кристаллы и ах физические свойства /Под ред. А.Б.Лысковича.-Львов: Вица школа, Изд. Ера Львов, ун-те, 1982.-143 с.