Люминесцентные свойства моно- и поликристаллов нелегированного и легированного медью тетрабората лития тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РГ6 од *• k окт мі

УЖГОРОДСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ГУНДА Борне Михайлович

УДК 535.34

ЛЮМІНЕСЦЕНТНІ ВЛАСТИВОСТІ MOHO- ТА ПОЛІКРИСТАЛІВ НЕЛЕГОВАНОГО І ЛЕГОВАНОГО МІДДЮ ТЕТРАБОРАТУ ЛІТІЮ

Спеціальність 01.04.i0 - фізика напівпровідників і діелектриків

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня каидидаїа фпнко-математлчпих наук

Ужгород - 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у відділі оптичних матеріалів квантової електроніки Інституту електронної фізики Національної академії наук України

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор

Пуга Павло Павлович,

Інститут електронної фізики НАН України, завідувач відділом оптичних матеріалів квантової електроніки

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор

Кікінсші Олександр Олександрович,

Ужгородський державний університет, завідувач кафедри твердотільної електроніки

доктор фізико-математичних наук,

Неділько Сергій Герасимович

Київський національний університет їм. Т.Шевченка, заступник декана фізичного факультету з наукової роботи

Провідна організація: Інститут фізики напівпровідників НАН України

Захист відбудеться 2000 року о °год. на засіданні

спеціалізованої вченої ради К 61.051.01 Ужгородського державного університету,

м. Ужгород, вул. Волошина, 54, ауд. 181. .

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Ужгородського державного університету, м. Ужгород, вул. Капітульна, 9.

Автореферат розісланий “ $ " року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор фізико-математичних наук професор

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуа.п.иісі і. кми. -іа осіаїші десятпліпя термолюмінесцентна дозиметрія (ТЛД) іаймаг провідне місце в індивідуальному дозиметричному контролі, екологічному моніторингу, радіології і радіобіології. Однак, незважаючи на доеягнуїі успіхи. і на сьогодні одніїю з акіуальипх проблем ТЛД залишається пошук нових іа покращення параметрів вже відомих матеріалів для реєстрації іонізуючого віпіромппокання. її роів'яіашія і рун туп вся на деіальному вивченні ;номінеспеніпн.\ в.іасіпвосіеіі, енері етичної структури іа електронних процесів і потребує досліджень в області фізики напівпровідників, хімічної технології і радіаційного матсріадознавсіва

Значніш ішерес для ТЛД представляють іермолюмінеецентш матеріали на основі тетрабораіу літію Іл^В^О? (ТБЛ), оскільки саме вони мають найкращу тканино-еквівалентність. Особливої уваги заслуговує легований міддю тетраборат літію, який характеризується зручним спектральним та температурним положенням дозиметричного максимуму, широким діапазоном робочих доз і дуже незначного залежністю дози від енергії іонізуючого випромінювання. Однак, його недоліками є певна гігроскопічність, недостатня відтворюваність термолюмінесцентних властивостей полікристалів різних технологічних партій та значно менша чутливість за ІлР:Мц.Си.Р. Слід відмітнії!, що люмінесцентні характерне піки легованих полікристалів ТБЛ вивчені недосіапіьо, а енергетична структура та параметри локальних рівнів прилипання в різних роботах досп и, суперечливі. На даний час іакож мало робіт, в яких досліджено люмінесцентні властивості леї ованих монокристалів ТБЛ.

Проведення комплексного вивчення люмінесцентних властивостей нелегованого та леїованою МІДДЮ ЬІ2В^О: дозволіпь більш глибоко зрозуміти фізичні процеси, що відбуваються в ньому під дією іонізуючого випромінювання, фпико-хімічну природу дефекіів кристалічної граїки, на яких здійснюється випромінювальна рекомбінація нерівноважних носіїв струму, схему рівнів прилипання та рекомбінаційних переходів, що приводяп. до випромінювання квантів світла. Для більш однозначного встановлення природи ценірів свічення необхідно володіти вихідними даними про технологічні умови одержання досліджуваних матеріалів, .а встановлення чітких взаємозв’язків “умови отримання - фізичні властивості”, в свою чергу, дозволяє одержувати нові матеріали із заданими параметрами та створювати поні методи коніролю іехно.тоіії. які ідаїні іабе ¡цент п високу від і корю ваше и> цих парамеїрів.

Зв’язок цобоїи з науковими програмами, планами, іемами. Предсіавлені в робоп дослідження виконувалися у відповідники т робочими планами відділу оптичних маїеріалів квашової елекіронікп Інституту електронної фізики НАН України за темами: “Розробка елементної бази для оптичних та акустооптичних приладів” (01. 1994 -12. 1996), номер держреєстрації 02971)002074; “Дослідження впливу технологічних і радіаційних дефектів на оптичні властивості монокристалів парателурпту, тетраборату та гриборату літію” (01. 1996 - 12.1998) номер держреєстрації 019811003681; “Матеріали

функціональної оптоелектроніки, дозиметрії, сонячної енергетики та силової інфрачервоної оптики на основі оксидів і халькогенідів” (01. 1997 - 12. 1999) номер держреєстрації 019713005033; Проект №576 Українського науково-технологічного центру "Розробка фізико-хімічних основ та технологій напівпровідникових матеріалів функціональної електроніки".

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є встановлення впливу фазового стану, концентрації міді та відхилень від стехіометрії на люмінесцентні властивості тетраборату літію, визначення параметрів локальних рівнів прилипання і впливу температури на рекомбінаційні процеси.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання:

1. Сконструювати і виготовити автоматизовану установку для дослідження люмінесцентних характеристик матеріалів, яка б давала можливість збуджувати зразки дозами рентгенівського випромінювання 10'2-ь10^ Гр; проводити дослідження термостимульованої люмінесценції (ТСЛ) при різних швидкостях лінійного нагрівання (від 0,01 до 5 град/с) у широкому діапазоні температур (20+500 °С); проводити температурні та спектральні рентгенолюмінеецентні (РЛ) дослідження у видимій та ультрафіолетовій областях спектру.

2. Вивчити люмінесцентні властивості нелегованих монокристалів ІЛ2В4О7 різних технологічних партій, а також вплив концентрації міді на ТСЛ та РЛ монокристалів Ьі2В407:Си.

3. Дослідити вплив відхилення від стехіометрії на люмінесцентні властивості нелегованих та легованих міддю полікристалічних зразків Іл2В407.

4. Встановити параметри локальних рівнів прилипання та вплив температури на рекомбінаційні процеси в досліджуваних матеріалах.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному.

• Виявлено, що нелеговані монокристали Ьі2В4С)7 різних технологічних партій відрізняються типом та концентрацією дефектів і розповсюджено на новий клас об’єктів положення, згідно якого світлосума ТСЛ при ізодозному опроміненні може служити критерієм дефектності кристалу.

• Вперше встановлено, що в монокристалах Іл2В407:Си збільшення концентрації міді вище 0,05 мол. % приводить до концентраційного гасіння люмінесценції. Виявлено процеси “старіння” монокристалів Іл2В407:Си під впливом багатократних циклів “опромінення - термообробка при вимірюванні ТСЛ - зберігання при кімнатній температурі”.

• На основі дослідження впливу на люмінесцентні властивості концентрації міді в монета полікристалах ТБЛ, а також впливу відхилень від стехіометрії, вперше встановлено зв’язок високотемпературного максимуму ТСЛ з домішковими атомами міді, які знаходяться у позиціях атомів літію. Більш низькотемпературні максимуми ТСЛ приписуються комплексам, основою яких є атоми міді у міжвузлях.

• Винчено вплив Ki.iMi.ioiib ¡л.і стехіометрії на спекірп РЛ. іп ! е 11 с 11 в и і с 11, іа гемпературне положення максимуми* ТСЛ для 11 ел сі овлппх іа леї онанпх міллю полікрнс тлів LbBt07 і вперше веіанов.іено. шо причиною певідтворюпаності 'іючінеспентних властивостей полікристалів 1.ьВ(0-:С'и ( невеликі ¡0.5-1 мол.%) відхилення від сіехюметрігіиоі о складу Li:B |0-.

• Вперше проведено іеіа.іьне вивчення іппу кінетики люмінесценції іа енергетичного положення локальних рівнів прилипання в нелеговаїшх і легованих міддю моио- та полікристалах ТБЛ Встановлено параметри локальних рівнів прилипання, якими обумовлена ТСЛ.

• Вперше досліджена температурна залежність інтегральної рентгенолюмінесценції в нелегованих і легованих міддю моно- та полікристалах ТБЛ, встановлено області температур та енергії активації температурного гасіння. Базуючись на встановлених параметрах рівнів прилипання проведено якісний аналіз цих залежностей в процесі нагрівання та охолодження.

Практичне знамення одержаних результатів полягає в тому, що:

• Розроблено авюмапповану установку для дослідження люмінесцентних властивостей маїеріалів в широкому іемнерат уршпіу діапазоні. яка мас кращі метрологічні харакіе-рпетикн та більш широкі функціональні можливості, ніж вітчизняні установки для ТЛД.

• Для леїованих монокристалів ТБЛ знайдено оптимальну конценірацію домішки міді, при якій і ¡ 11 с н с и в 111 с ть дозиметричної о максимуму найбільша. Встановлено, що ініенсіївпість ТСЛ леїованих міддю монокристалів в середньому на порядок виша за інтенсивність ТСЛ леї онаїшх міддю полікристалів без відхилення від сіехіоме ірії.

• Розроблено спосіб впіііачеіпія напрямку відхилення від стехіометрії ТБЛ, який дас можливість у 7-8 разів скоротити час на проведення аналізу і не потребує складного апаратурного забезпечення, а також спосіб контролю величини відхилення від сіехіомеїри ТБЛ. шо впмаїаг в 10 разів менше часу в порівнянні з добре відомими методами. Авторські права на ці розробки захищені заявками на па і єн і п України.

• Знайдено оптимальне співвідношення між концентрацією міді та надлишком В2Оі, при яких інтенсивність дозиметричного максимуму для полікристалів LiiB.|07:Cu найвища.

• Одержані леїоваїи монокрпсіа.пі іа полікрпеіа.пі на основі ТБЛ можна рекомендувати ,'іія іпікоріц-шипя \ сгаакіріннх ТЛД-комплеккіх.

ОсоГтспііі внесок ¡іопуіиіча Диссріаіиом розроблено авіомапізовлиу установку та програмне забезпечення для комплексного дослідження люмінесцентних влас півосі єн широкозонних напівпровідників і діелектриків, запропоновано ідею, сплановано та реалізовано основну частину експериментальних досліджень, виконано необхідні розрахунки, проаналізовано одержані результати, підготовлено статті, сформульовано загальні висновки дисертації та основні положення, що виносяться на захист.

Анпобаиія результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідалися та обговорювалися na International Autumn School-Conference for Young Scientists “Solid state physics: Fundamentals&Application”, (Uzhgorod, 1995); науковій конференції Інституту електронної фізики, (Ужгород, 1996); 3rd General Conference of the Balkan Physical Union, (Cluj-Napoca, Romania, 1997); International Conference “The Cenlenary of Electron”, (Uzhgorod 1997); Міжрегіональній науково-практичної конференції “Фізика конденсованих систем”, (Ужгород, 1998); 12th International Conference on Solid State Dosimetry, (Burgos, Spain, 1998); International workshop “Physics and technology of nanostructured, multicomponent materials”, (Uzhgorod, 1998); науковій конференції “Елементарні процеси в атомних системах”, (Ужгород, 1998); Міжнародній конференції “Стекла и твердые электролиты“, (Санкт-Петербург, 1999); International conférence "Advanced Materials", (Kiev, 1999); IV International conférence "Optical Diagnostics of Materials and Devices for Opto-, Micro- and Quantum Electronics”, (Kiev, 1999).

Публікації. Дисертація написана на основі матеріалів, що опубліковані в 6 статтях, 2 заявках на патенти України та 9 тезах доповідей. Статті надруковані в журналах “Доповіді Національної академії наук України”, “Український фізичний журнал”, “Функціональні матеріали”, “Науковий вісник Ужгородського університет/’, "Journal of Optoelectronics and Advanced Materials".

Структура та об’єм дисертації. Дисертація складається із переліку умовних позначень, вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних літературних джерел із 200 найменувань робіт вітчизняних та зарубіжних авторів, викладена на 159 сторінках друкованого тексту, містить 66 рисунків і 9 таблиць.

»

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету роботи, визначено наукову новизну і практичну цінність одержаних результатів.

У першому розділі наведено огляд робіт, присвячених вивченню кристалічної та енергетичної структури монокристалів LÍ2B4O7, деяких їх фізичних властивостей, а також люмінесцентних властивостей нелегованих та легованих різними домішками полі- та монокристалів ТБЛ. Показано, що LÍ2B4O7 є дуже цікавим матеріалом, який характеризується складною фізико-хімічною та кристалічною будовою, аномальною температурною поведінкою ряду параметрів, широким спектральним діапазоном пропускання, високою ефективністю генерації четвертої та п’ятої гармоніки, дуже високою радіаційно-оптичною стійкістю та незначним температурним коефіцієнтом показника заломлення, а також, будучи. хорошим піро- і п’єзоелектриком, не проявляє сегнетоелектричних властивостей. Зроблено висновок, що на даний час основні кристалографічні параметри структури LÍ2B4O7 (симетрія, період гратки) добре вивчені рентгенівськими, ЯМР- та КРС методами, однак існує ряд експериментальних даних, для пояснення яких автори допускають існування в ТБЛ несумірної фази. Запропоновано

пояснити аномальну поведінку деяких параметрів дефектами кристалічної структури і зв’язаними з ними локальними рівнями.

Показано, іно під діпо іонізуючою випромінювання монокристали LÏjBjOt ефекіивно люміпесіїіююіь, причому в деяких випадках інтенсивність ТС'Л прямо пропорційна дозі поглинутого випромінювання. Проаналізовано вплив домішок (Ag\ Си2"\ Ci". Міг'. Fe’ . La''. Lu". Dy’ . Tm’ . Tir") на форму кривої термосіпмульованої люмінесценції і відмічено, що для поіреб ТЛД найбільш зручне спектральне та темпераїлрне положення максимуму на кривих ТСЛ спостерігається при легуванні міддю. Встановлено, що існуюіь розбіжності у результатах досліджень різних авторів по впливу концентрації міді на ініенснвиість ТСЛ полікристалів, а для монокристалів дослідження концентраційної залежності па тапий час не проведені.

Зроблено висновок про те, що в публікаціях, присвячених дослідженню ТСЛ легованого міддю тетраборату ліііш. приводяться різні кількості максимумів, різні значення темиераіур максимумів іа парамеїрш локальних рівнів прилипання, допускається наявність квазінеперервного розподілу рівнів. Відмічено, іцо на інтенсивність ТСЛ і параметри локальних рівнів прилипання істотно впливає чистота вихідної сировини, технологія отримання та фазовий стан (монокристал - полікристал - скло), що є можливою причиною розбіжностей люмінесцентних властивостей у різних роботах. Однак, для полікристалів LrB|07:Cu спостерігається недостатня відтворюваність параметрів між зразками різних технологічних партій, систематичних досліджень якої не зроблено.

Розглянуто вплив темпераіурп на спектри рент і еноліомінесненції і показано, що процеси високотемпературної о гасіння люмінесценції для не.іеговаппх монокристалів ТБЛ вивчені недостатньо, а для леюванпх міддю моно- іа полікристалів іаких досліджень зовсім не проводилося.

У другому розділі коротко викладено основи кінетики іермосіимутьованої люмінесценції, приведено найбільш поширені меіоли визначення енергетичного положення локальних рівнів прилипания з екснерименіа.іьно отриманих залежностей, проаналізовано похибки цих методів та умови застосовності. Розглянуто особливості дослідження спектральних та температурних залежностей рентгенолюмінесценції Сформульовано основні вимоги цих методик і описано їх реалізацію при розробці та він оіовленні експеримеп іальноі установки для комплексних люмінесцентних досліджень. Для управління установкою спеціально розроблено пакет програмного забезпечення на мові Turbo Pascal, а введення результатів вимірювань в ЕОМ значно покращило оперативність їх обробки. Ефективна реєстрація люмінесцентного випромінювання у широкому дппамічном} діапазоні ініенспнносіей забезпечена використанням спеціально підібраних фогослскіропппх помножувачів та методики лічби фотонів. Використання цифроаналогового перетворювача у каналі управління температурою дозволило з високою ючнісію підтримувані лінійність закону иаірівання та стабілізуваїи будь-яку температуру в робочому діапазоні. Проведено ряд контрольних експериментів по перевірці роботи

установки з використанням зразків дозиметричного комплекту ДТУ-01 та монокристалів леикосапфіру, які свідчать про високу відтворюваність та достовірність отриманих результатів.

Третій розліл присвячено експериментальному вивченню ТСЛ та спектрів РЛ нелегованого і легованого міддю ЬІ2В407.

Відомо, що ТСЛ є одним з найбільш чутливих методів дослідження дефектів кристалічної структури, а з першого розділу випливає, що ряд аномалій фізичних властивостей монокристалів Ьі2В_|07 може бути пояснений наявністю в досліджуваних монокристалах дефектів. Тому проведено люмінесцентні дослідження нелегованих монокристалів ТБЛ більше 20 технологічних партій, вирощених в різних лабораторіях, в різний час, з різними швидкостями витягування і обертання, з різної вихідної сировини, щоб охопити більш широку область можливих структурних недосконалостей. Встановлено, що інтенсивність ТСЛ найнижча для найбільш якісних (верхніх) частин монокристалів, а нижні частини мають в 2-3 рази вищу інтенсивність ТСЛ, що можна пояснити значно вищою концентрацією в них точкових та макроскопічних дефектів. Зроблено висновок про існування практично у всіх монокристалах ЬІ2В_|07 дефектів кристалічної структури, які зумовлюють максимуми ТСЛ в діапазоні температур до 400 °С, а світлосума ТСЛ служить критерієм дефектності монокристалів Іл2В407, як і у випадку більш досліджених монокристалів а-АЬОз. Криві ТСЛ для монокристалів різних технологічних партій значно відрізняються, що свідчить про істотний вплив на тип дефектів і якість монокристалів ТБЛ неконтрольованих факторів. Слід відмітити, що між спектрами РЛ монокристалів Ьі2В407 різних технологічних партій практично немає розходжень. Між дефектними та якісними монокристалами теж не виявлено змін форми кривої. Отримані спектри РЛ добре узгоджуються з приведеними у літературі, однак для наших монокристалів менш виражене свічення в області 490-600 нм, яке пов’язується з наявністю неконтрольованихдомішок.

Проведено дослідження спектрів РЛ для монокристалів ТБЛ, концентрація міді в яких змінювалася в межах від 0,002 до 0,1 мол.%. Встановлено, що введення домішковнх атомів міді в матрицю ІЛ2В4О7 приводить до утворення більш ефективних центрів люмінесценції з максимумом при 370 нм, а зміна концентрації міді практично не впливає на інтенсивність та спектральне положення смуги РЛ. Виявлено, що в результаті багатократних циклів “опромінення - вимірювання ТСЛ - зберігання при кімнатній температурі” відбуваються зміни в спектрі РЛ, що вказує на “старіння” монокристалів ІЛ2В_|07:Сі].

Після збудження монокристалів 1л2В407:Си рентгенівським випромінюванням (дозою 30 Гр) на кривих ТСЛ спостерігаються два інтенсивні максимуми -низькотемпературний (в області 100-160 °С) та високотемпературний при 228 °С (Р=2,90 град/с). Із збільшенням концентрації міді спостерігається зміщення першого максимуму в область нижчих температур, а положення другого максимуму не залежить від концентрації міді. При малих концентраціях (0,002 - 0,011 мол.% Си) низькотемпературний максимум

ТС.'І \ш< значно вишу іп іенсивпіе і ь. ніж внсокоіемпераіурнни. 1і збільшенням концентрації домішки від 0,011 до 0,1)5 мол. "і, Cu спосгсри а< іься незначне зросіання і 111 с: ili і внос и ТСЛ першою максимуму, а ііпенснвнісіь друїоі о максимуму збільшується в декілька разів. Подальше збільшення конценірації міді приводигь ю зменшення ініенснвноеп ТСЛ обох максимумів, що може бути пояснене концентраційним іасінням помжесненцп. Концен ірацпо домцикп 0,05 мод. Cu, при якій ш гспсивиісі ь високотемпературного максимуму ТСЛ найбільша, можна вважаїн ja опшмадьну. Аналізуючи випив конценірації міді на інтенсивність та температурне положення максимумів '] СЛ, особливості крисіадічної структури ТБЛ. атомно-іонних радіусів міді в річних зарядових станах, нами встановлено зв’язок високотемпературного максимуму ТСЛ

з до.мішковнмн атомами міді, які знаходяться у позиціях атомів літію, а більш низькотемпературні максимуми ТСЛ приписано комплексам, основою яких с атоми міді у міжвузлях.

Для дослідження впливу на люмінесцентні властивості відхилень від стехіометрії LiiBjOj було виготовлено серію полікристалів, вихідною сировиною для яких служив монокрпсталічіппі ТБЛ. Полікристали без відхилення від стехіометрії характеризуються і ні іькою ш іенспвнісі іо ТСЛ та великою кі.п.кіс і ю максимумів, що сильно перекривают ься При надлишку В:0; ппенсившсть ТСЛ різко зроекк і на кривих домінує максимум в області 200-210 Ч\ На рис. 1 приведет) залежність ііпенсивносп цьою максимуму, а іакож інтегральної' РЛ від величини відхилення від сіехіометрії. Ісютне ¡ростання ТСЛ при надлишку .1-9 МО.І."п В:0; може бути зумовлене утворенням великої кількості дефектів крисіадічної структури на ірашщях розділу кристалічних фаз або склоподібної і кристалічної областей. Відомо, що іакі дефект часто виконуюіь роль глибоких центрів прилипання. Для підтвердження співіснування в досліджу ваних зразках декільох фаз. були

проведені рентгенофазові дослідження (РФЛ). Встановлено. що невеликі (порядку 0,5-1 мол.%) відхилення від стехіометрії не відчуваються РФА та ваговими методами, проте приводять до icio і них змін у формі кривої ТСЛ, шо дає можливість використовувані цю методику для контролю напрямку іа величини відхилення від стехіометрії LÍ2B.iOj. При ВС.ІПІІ1ІХ В І, (МІ.’ІСШІЯХ від стехіометрії (*7 мол.%) в бік ВіОз інтенсивність ТСЛ настільки зростас, що виникає можливість використання цих зразків для ТЛД, оскільки спектральне

0 1000 -

1 ñ

Р :

” Í 2

С, mol ,J/c

Рис. 1. Залежність інтенсивності РЛ (1) та інтенсивності високотемпературного максимуму ТСЛ (2) при відхиленні від стехіометрії ТБЛ в бік В20: та ЬьО.

(Х=420-450 им) і температурне (Тм=200 °С при (5=2,8 град/с) положення максимуму дуже зручні.

Для з’ясування причин невідгворюваності люмінесцентних властивостей полікристалів LiiB^'.Cu різних технологічних партій було отримано три серії зразків, легованих 0,1, 0,3 та 0,6 мол.% Cu, величина відхилень від стехіометрії у яких змінювалася в межах від 3 мол.% в бік U2O до 5 мол.% в бік В203. Вихідною сировиною для всіх трьох серій служив монокристалічний ТБЛ. Виявлено, ідо всі леговані міддю полікристали з відхиленням від стехіометрії більше за 0,1 мол.% В203, мають світло-блакитний колір, а полікристали з надлишком LiiO - темно-коричневий. На основі встановленої відповідності кольору і напрямку відхилення від стехіометрії запропоновано експрес-метод визначення напрямку відхилення від стехіометричного складу Ü2B4O7, Проведені дослідження ТСЛ дозволили встановити, ідо по-перше, навіть невеликі (0,5 - 1 мол.%) відхилення від стехіометрії приводять до істотної зміни інтенсивності та форми кривої ТСЛ. Оскільки такі відхилення практично не реєструються відомими методами, це приводить до невідтворіованості люмінесцентних властивостей полікристалів LÍ2B407:Cu. По-друге, через те, що при відхиленні складу зразків L¡2B407:Cu в бік LÍ2O інтенсивність ТСЛ зменшується, а при відхиленні в бік В20з - зростає, для покращення люмінесцентних та дозиметричних властивостей доцільно до складу зразків вводити надлишок В2О3. Оптимальною є величина 3 мол.% В1О3, оскільки при ній інтенсивність високотемпературного максимуму ТСЛ с найбільшою.

Літературні дані щодо оптимальної концентрації домішки міді в полікристалах LÍ2B4O7 досить суперечливі, тому проведено дослідження впливу концентрації міді на люмінесцентні властивості полікристалів ТБЛ. Отриманий Lj2Bj07 було розділено на три частини (технологічні партії А, Б, В). Одну з партій (А) сплавили з 3 мол.% ВгОз, другу (Б) - з 3 мол.% LiiO, а третю (В) залишили без змін. З кожної партії було одержано по 8-10 полікристалів з концентраціями міді від 0,01 до 2,0 мол.%, а з цих полікристалів виготовлено по декілька (3-5) зразків для досліджень. Слід відмітити, що ТСЛ та РЛ зразків, які виготовлялися з вихідної шихти з відхиленням в бік LijO, була дуже низькою, і практично не залежала від концентрації міді. Найбільш високою інтенсивністю РЛ та ТСЛ характеризувалися полікристали партії А. для яких при 0,01 мол.% Cu спостерігався широкий максимум ТСЛ з центром при 134 °С та другий, в 4 рази меншої інтенсивності, ирп 210 °С. Збільшення концентрації міді до 0,1 мол.% приводить до зростання інтенсивності обох максимумів, а вище 0,3 мол.% їх інтенсивність зменшується (рис. 2). Інтенсивність РЛ мас аналогічну до ТСЛ залежність від концентрації. Дослідження спектрів РЛ свідчать, що при мінімальній концентрації міді (0,01 мол.%) спектр РЛ подібний до спектру нелегованих полікристалів. Збільшення концентрації домішки приводить до зменшення інтенсивності випромінювання в області 250-330 нм та незначного зросіання інтенсивності в області 360-380 нм. При концентраціях 0,1-0,3 мол.% інтенсивність РЛ в спектральній області 350-425 нм максимальна. Збільшення концентрації

\плі вище 0.3 мол "о прпволип. ю іменшення ітепспвпост і Р.'І у ИСЬОЧ\ досліджуваному епскі рал міому ліана іон і.

Завершується і реї їй роідп порівнянням термолюмінесцентних влас-

I иное і о її іраїків ло іііче і ричноіо кочплем> ДТУ-01 (на базі Lib), а також легованих міццю монокристамів з огітнчапьною концентрацією ломнпк'н (0,05 мол“» Cu), нелеговапнх полікристалів ТБЛ з надлишком 7 мол,0/« В20^ та легованих міддю полікристалів з оптимальними параметрами (надлишком 3 мол.% ЕЬОз та концентрацією міді 0,1 мол.%). Зроблено висновок, що причиною нижчої інтенспв-юсті ТСЛ легованого міддю геграборату літію підносно зразків з комплекту ДТУ-01 може

зуіи неспівпаданням спектральною положення люмінесценції іонів Cu з максимумом

ліектральпої чутливості реісіруючої системи. Підвищена чуїливість монокрпеіалічпп\ іраїків LbB|()-.C'u відпоєно полікристалічних робить їх більш перспекшвішми для ермолюміпесцен і hoi до зиме ірії.

Четверній розділ присвячений з'ясуванню механізму TCJ1. визначенню пін; лііеінкп люмінесценції та енергепічного положення локальних рівнів прилипання.

Для всіановлення піну кінегики люмінесценції проведено дослідження залежності емпераіурною положення максимумів та ї.х напшшпрпцп від дози рсішспівською іиромінення, з яких випливає, що люмінесцентні процеси в досліджуваних матеріалах дііісіпоіоіься за кіііеіикою першої о порядку

Визначення епері епічної о положення (EJ локальпп.х рівнів прилипання дійснювалося за допомогою методів двох швидкостей нагрівання та початкової ділянки :ривої ТСЛ. Для уточнення цих величин проводилися додаткові дослідження методом щетинного висвічування світлос)мп ТСЛ Частоті фактори (W) віппачалпея І! піввіднопіеінія kTm") ехрІ-П, кТ„,). де Т,„- іемнераіура макспч\м\' в ірал\са\

Сельвіпа: |5 - швидкість нагрівання, к- стала Больцмана.

Всіапокдепо. що для монокрисіалів Li>B|G- і оипіма.тьпою конпешрацн ні домішки Ги в досліджуваній обласіі іемпераіур ТСЛ. в основному, зумовлена звільненням носпв з ;вох локальних рівнів пріїлппапня з енергіями Et|=0.90±0,03 еВ, Eti=l,72±0,07 еВ і астотнимп факторами 4-Ю10с'1 та 510|6с'' відповідно.

Для нелеговапнх полікристалів LÍ2B4O7 з надлишком 7 мол.% В2Оі в досліджуваній бласті температур перший максимум ТСЛ в основному зумовлений звільненням носіїв з вох локальних рівнів прилипання з енерііямн 0,4 іа 1,0 еВ. Далі відбувається процес

ТСЛ (1 маю ! ТСЛ(2макс) І

Рис.2. Залежність інтенсивності РЛ, низькотемпературного та високотемпературного максимумів ТСЛ від концентрації міді в полікристалах ТБЛ:Си+3 мол.% ВдОз

звільнення носіїв з енергетичних рівнів 1.1-1.6 еВ. Основний максимум ТСЛ при (210 °С) зумовлений звільненням носіїв з квазінеперервно розподілених рівнів прилипання з енергіями від 1,7 до 2,2 еВ.

Крива ТСЛ для полікристалів Ьі2В407:Са (0,! мол.%) з надлишком 3 мол.% В2Оз має складну природу. Низькотемпературний максимум кривої ТСЛ зумовлений звільненням носіїв з рівнів з енергіями 0,65-1,0 еВ. За початкову ділянку високотемпературного максимуму відповідають рівні з енергіями 1,10-1,25 еВ. При вищих температурах відбувається рекомбінація носіїв з енергіями 1,65-1,90 еВ та 2,1-2,4 еВ. Найбільш істотною відмінністю від раніше досліджуваних матеріалів є виявлені рівні прилипання з енергіями 2.5-2,8 еВ.

Як свідчать результати проведеного комп’ютерного моделювання кривих ТСЛ у наближенні кінетики люмінесценції першого порядку, отримані значення енергій та частотних факторів добре відтворюють експериментально отримані криві температурного висвічування, в тому числі і при різних швидкостях нагрівання.

У п’ятому розділі приводяться результати дослідження температурної залежності рентгенолюмінесценції (ТЗРЛ) в діапазоні температур 30-450 °С.

Для нелеговаиих монокристалів ТБЛ встановлено, що при температурах, вищих за кімнатну, відбувається температурне гасіння люмінесценції з енергією активації

0,32±0,01 еВ. Між кривими ТЗРЛ, одержаними в процесі покрокового нагрівання і охолодження, виявлена відмінність, яку можна пояснити з врахуванням того, що практичне всі монокристали мають певну концентрацію дефектів, які виконують роль центріп прилипання для носіїв заряду. Якщо перед початком вимірювань ці центри не заповнені, тс зрозуміло, що при збудженні зразка частина носіїв буде випромінювально рекомбінувати, < частина захоплюватися на кожну групу локальних рівнів прилипання, зменшуючи кількісті актів рекомбінації. При вимірюванні РЛ в режимі покрокового охолодження тако» відбуваються аналогічні процеси, з тією різницею, що частина центрів прилипання, як

лежать вище по енергії, вже заповнені, відповідно, в рекомбінаційний канал попадаї більше носіїв заряду. В монокристала? ЬІ2В407:Си, для яких концентрація локальнії) рівнів прилипання значно вища, вплив ції) рівнів на ТЗРЛ проявляється більш істотнс (рис. 3). Температурне гасіння люмінесценції і цьому випадку спостерігається гірі температурах, вищих за 215 °С (ділянка ЕР) добре описується формулою Мотта з енергієк активації Ел=0,65±0,05 еВ. Для нслеговани; полікристалів ТБЛ надлишком 7 мол.% В20 через істотний вплив локальних рівнії

Інтенсивність РЛ

Температура. “С

Рис. 3. Температурна залежність РЛ монокристалу ЬьЕ^ОуїСи при покроковому нагріванні (АВСОЕР) та охолодженні (РЕОНІЛ.

рнлппапя сіюеіерн аюіься ро'ібіжпосі і я спс рнях ;і к 111 нлтї гасіння, вігшачепих при проксимашї екснериметальних кривих в облаєп іемнсра і \р, більших ¡а 250 ' (І ак, нрн іаіріванні ця нєїпчішл сіановиїь 0.73 еІЗ. а при о.холо іжешіі - 0.5? еВ. У вішалку ісіованп\ міддю іюдікрис і адів Lbl^O-.Cu (0 І мої."«) ч на.пппіком 3 мол.% В:0;. криві "Л’Л подібні до приведених па рис. 3. адс носяп. більш плавний характер іі-ча наявності ;ва инеперервпо! о ротонду рівнів прилітання. У віісокоіеміїсраіурпііі об.іасіі. де криві ’Л при нагріванні та охолодженні співпадають, визначена за формулою Мопа енерпя іктнванп гасіння сіаішкиїь 0.62±0,02 еВ. Цс значення близьке ло пстановпеного для іегованпх міддю монокристалів ТЬЛ.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1 Гунда Б.М. Багатофункціональна установка для дослідження рентгенолюмінесценції та термостимульованої люмінесценції // Науковий вісник Ужгородського університету, серія “Фізика”. - 1999. - №5. - С. 198-212.

2 Гунда Б.М. Енергетична структура та люмінесцентні властивості LbB(07:Cu // Доповіді Національно!' академії наук України. - І 999. - Л'Л 1. - С. 88-91.

3 Hunda В М.. Puga P.P.. Solomon AM. Ladcs A.V.. Loja V. Yu. llolo\ey Y.Y1.. Turok і I. Thermoluniinescence properties of doped lithium tetraborate thin films // Functional Matei ials. - 1949. - V. 6. >3. - p. 504-506.

4 Гунда Б.М.. Ilyin II. 11.. Содомон A.M.. Головеіі N1.1. Енерге і пчпе положення локальних рівнів нрплппанпя іа іемпераіурпа залежність ренії еполіомніесценцп леїованпх міддю монокрнсіалін іеірабораіу лііію// УФЖ. -2000. - Т. 45. .\^3. . -С. 337-341.

5 Гунда Б.М,. Пуіа ГІ.11 . Содомон А.М.. Голоцен В.М., Пуіа Г.Д. Вплив кониеніраші міді на термостимульовану люмінесценцію .монокристалів іеірабораіу лііію // Науковий вісник Ужі ородської о університету, серія “Фізика”. — ! 999. - №4. - С. 127-130.

() Hunda В.М.. liunda Т.\'.. Puga P.P., Solomon A.M.. Holo\ey Y.M.. Puga СЇ.П. Concentration and temperature dependence ot' luminescence tor the copper-doped lithium tetraborate single crystals // Journal оГOptoelectronics and Advanced Materials, vol.l. No 4, P. 49-56.

7 Гунда Б.М., Головей B.M., Содомон A.M., Турок 1.1., Пуга П.П. Спосіб контролю відхилення віл с іехіомсірнчиоі о складу 1л 43jO- Заявка .Vj991 26628 від 07.1 2 1 909,

S Гупда B.N1 . Головеіі В.М., Содомон А.М., П\іа П.П. Спосіб ви ¡палення напрямку відхилення під еіехючеіричної о складе " Заявка .N"990 743! 1 від 27.07.1999

9 Hunda 13 N1.. Holo\ev \'.М.. llolovev Ml.. Puga P.P.. Solomon A.N1.. A/hniuk Yu N1 Thermoluminescence of UiBjOtiCu and Li2B|07:Cu,ln Single Crystals // Proc. of the 12lh International Conference on Solid State Dosimetry. - Burgos (Spain). - 1998 - P. 52.

10 Hunda B.M., Puga P.P., Golovey V.M., Solomon A.M., Puga G.D. Thermostimulated Luminescence of Cu-doped Lithium Tetraborate Polycrystals // Proc. of the International Conference “The Centenary of Electron”. - Uzhgorod (Ukraine). - 1997. - P. 161-164.

11 Hunda B.M., Puga P.P. A setup for studying tliermostimulated processes in solids // Proc. oi

the International Autumn School-Confercncc for Young Scientists "Solid State Physics Fundamentals & Applications". - Uzhgorod (Ukraine). - 1995. ' P. R49 -R50.

12Головей B.M., Гунда Б.М., Соломок A.M., Пуга П.П., Головей M.I.. Сухарєв С.М. Термостимульована люмінесценція полі- та монокристалів Li2B407:Cu і Еі2В407:Си,Іп // Збірник тезисів міжрегіональної науково-практичної конференції “Фізика конденсованих систем”. - Ужгород: ВАТ «Патент». - 1998. - С. 81-82.

13Hunda В.М., Puga P.P., Solomon A.M., Holovey V.M. Thermostimulated Luminescence and the Themperature Dependence of X-Ray Luminescence of the Li2B407:Cu Single Crystals // Proc. International confcrencc "Advanced Materials". - Kiev (Ukraine). - 1999. - P. 162.

14 Puga P.P., Hunda B.M., Solomon A.M., Turok 1.1. The Luminescent Properties of Cerium-Doped Lithium Tetraborate Polycrystals // Proc. International conference "Advanced Materials". - Kiev (Ukraine). - 1999. - P. 161.

15 Hunda B.M., Solomon A.M., Holovey V.M., Hunda T.V., Puga P.P., Puga G.D. The Attachment Level Parametrization in the Copper-Doped Lithium Tetraborate // Proc. IV International conference "Optical Diagnostics of Materials and Devices for Opto-, Micro- and Quantum Electonics”. Abstracts. - Kiev (Ukraine). - 1999. - P. 84.

16 Гунда Б.М. Енергетична структура та люмінесцентні властивості легованих монокристалів Li2B407:Cu. // Збірник тезисів наукової конференції (ЕПАС'98) присвяченої 80-річчю НАНУ. - Ужгород: ВАТ «Патент». - 1998. -С. 58-67.

17 Hunda В.М., Golovey V.M., Puga P.P., Solomon A.M, Influense of X-rays upon thermostimulated luminescence of Li2B407:Cu Single Crystals // Proc. of the 3rd General Conference of the Balkan Physical Union. - Cluj-Napoca (Romania). - 1997. - P. 207.

ВИСНОВКИ

1. Серед сучасних методів визначення дози іонізуючого випромінювання провідне місце займає термолюмінесцентна дозиметрія. Незважаючи на велику кількість ТЛД-матеріалів, найкращою ткашшоеквівалентністю характеризуються матеріали на основі тетраборату літію, а найбільш зручне спектральне та температурне положення максимуму на кривих температурного висвічування спостерігається при його легуванні міддю. Відомо, що на інтенсивність термостимульованої люмінесценції і параметр» локальних рівнів прилипання LiiB (07:Cu істотно впливає чистота вихідної сировини, технологія отримання і фазовий стан, що приводить до недостатньої відтворюваності властивостей між полікристалами різних технологічних партій і розбіжностей параметрів у різних роботах. Однак, систематичних досліджень причин невідтворюваності люмінесцентних властивостей, а також детального вивчення енергетичного положення локальних рівнів прилипання не проводилося.

2. Для проведення комплексних люмінесцентних досліджень сконструйовано і виготовлено автоматизовану установку, яка дає можливість опромінювати зразки різними дозами рентгенівського випромінювання (10'2ч-104 Гр); проводити дослідження ТСЛ при

п і! п \ швидкостях лінійною нагрівання (кіч 0.01 ло 5 і раде) у широкому /напаюю емпераіур (20д500 СС); проводиш темпераіхрні іа спектральні реи 11 еноліомінеецен ші осдідженпя у видимііі га ультрафіолетовій областях спектру. Розроблена установка мас рани меіродоїччні характеристики га більш широкі можливості, ніж віічпіняш установки ля ТЛД Проведений рлл контрольних експериментів свідчить про достовірність триманих результаті.

3. Виявлено, що нелеговані монокристали Іл2В(07 різних технологічних наріій ідрізпяються типом та концентрацією дефектів. Розповсюджено на новий клас об’єктів оложення, ііілііо якого світлосу.ма ТСЛ при ізодозному опроміненні може служити ритерісм дефектності кристалу. Врахування дефекіності монокристалів Гі2В)07 дас змогу ояснити аномалії' на температурних залежностях деяких фізичних величин без рипущення про існування несумірної фази.

4. Досліджено ТСЛ декількох серій монокристалів Іл^В^СЬ, легованих різними онцентраціями міді. Знайдено оптимальну концентрацію домішки (0,05 мол. % Си), при кій інтенсивність високотемпературного максимуму найвища. Встановлено, що подальше більшання концентрації міді приводить до зниження інтенсивності ТСЛ, що пояснюється онценірашйннм гасінням люмінесценції. Виявлено “старіння" монокрисіалів 1.і2В|0-:Си ід впливом баї аіократ них циклів "опромінення - термообробка при вимірюванні ТСЛ --бернання прп кімнатні температурі''.

5. Вивчено вплив відхилень віл стехіометрії на сиекіри РЛ. ііпенспвіпст ь іа емпераіурне положення максимумів ТСЛ для иелегованпх та легованих міллю олікрпеталів І.ЬВ|0- і вперше встановлено, то причиною невідтворюваност і юмінесцсіпнпх власшвосіей полікрпегалів [.ііВ)0-:Си є невеликі (0,5-1 мол.%) ІДХИЛЄННЯ ВІД стехіометричного складу ІЛ2В407.

Знайдено оптимальне співвідношення між концентрацією міді та надлишком В2СЬ, рп яких шгепспвність дозпмеїрпчпоїо максимуму для полікристалів І.ьВ(0-:Си паГпзпша 3,1 мол.% Си та 3 мол.% В2Оз).

Розроблено спосіб визначення напрямку відхилення від стехіометрії ТБЛ, який дас ожливість у 7-8 разів скоротити час на проведення аналізу і не потребує складного иараіурної о забезпечення, а також спосіб кошролю величини відхилення від сісхіомеірії БЛ, піо поіребус в 10 разів менше часу в порівнянні з добре відомими меіодамн. лзторські права захищені заявками на патенти України.

6. На основі досліджень впливу па люмінесценції властивості концентрації міді в оно- та полікристалах ТБЛ, а також впливу відхилень від стехюмеїріі, вперше становлено зв’язок високотемпературного максимуму ТСЛ з домішковими атомами міді, кі знаходяться у позиціях атомів літію. Більш низькотемпературні максимуми ТСЛ риписано комплексам, основою яких є атоми міді у міжвузлях.

Грунтуючись на проведених рентгеноструктурних дослідженнях показано, що исока інтенсивність ТСЛ в нолікрисіалах [_і2В407 з надлишком 3-9 мол.% В203

зумовлена утвореним великої кількості дефектів кристалічної структури на границя* розділу кристалічних фаз або склоподібної і кристалічної областей, які виконують роль глибоких центрів прилипання.

7. Проведено порівняння кривих термостимульованої люмінесценції отриманій матеріалів на основі ТБЛ з стандартним дозиметром на базі LiF. Встановлено, ще монокристали Ьі2В(07:Си мають на порядок вищу ТСЛ у порівнянні із легованими міддіс полікристалами, а інтенсивність дозиметричного (високотемпературного) максимум) зростає майже у 40 разів. Підвищена чутливість монокристалічних зразків LijBjC^Ci відносно полікрнсталічних робить їх більш перспективними для термолюмінесцентно' дозиметрії.

8. Вперше проведено детальне вивчення типу кінетики люмінесценції Тс енергетичного положення локальних рівнів прилипання в нелегованих і легованих міддіс моно- та полікристалах ТБЛ. Встановлено параметри локальних рівнів прилипання, якимг обумовлена ТСЛ.

9. Вперше досліджена температурна залежність інтегральної рентгенолюмінесценці в нелегованих і легованих міддю моно- та полікристалах ТБЛ, встановлено облает температур та енергії активації температурного гасіння. Базуючись на визначенії? параметрах локальних рівнів прилипання, проведено якісний аналіз цих залежностей е процесі нагрівання та охолодження

Гунда Б. М. Люмінесцентні властивості моно- та полікристалів нслегованого і легованого міддю тстраборату літію.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук зг спеціальністю 01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків.- Ужгородськії!; державний університет, Ужгород, 2000.

Дисертація присвячена комплексному вивченню термостимульованої люмінесценції (ТСЛ), температурної залежності та спектрів рентгенолюмінесценції (РЛ) моно- те полікристалів нелегованого та легованого міддю LÍ9B4O7. Сконструйовано і виготовлене автоматизовану установку, вивчено вплив відхилень від стехіометрії на спектри РЛ інтенсивність та температурне положення максимумів ТСЛ і вперше встановлено, ще причиною певідтворюваності люмінесцентних властивостей LÍ2B4O7.C11 с невеликі (0,51 мол.%) відхилення від стехіометрії Li2B407. Розроблено способи визначення напрямку tí величини цих відхилень. Вперше проведено детальне вивчення типу кіпетикі: люмінесценції та енергетичного положення локальних рівнів прилипання, а тако» досліджена температурна залежність інтегральної РЛ, встановлено області температур т£ енергії активації температурного гасіння.

Ключові слова: термостимульована люмінесценція, рентгенолюмінесценція

монокристал, полікристал, тетраборат літію, стехіометрія, домішки, дефекти.

Гуида 1>Л1. .1 шминееиептые свонспза моио- п по.тшсрисшл.нж

'(елегнрованного и легированно)о медыо icipaoopaiа лиши.- Рукопись.

Диссеркщия на соискание ученой cieiieim кандидат физико-магемагическич па\к до специальности 01.04.10 - физика полупроводников и дт юкфиков.

Дпссерктия посвящена комплексному изучению юрмое i нм\лировапной пюмииесценцим (ТСЛ), температурной зависимоеш и спекдров реипеполюмипесцемцин [РЛ) моио- и поликристаллов нелегированного и легированного медыо тетрабората лития [ТБЛ). Скопеф\нрааапо и тготовлено автманиировапиую установку, тучено влияние отклонении ог стехиометрии па спектры РЛ, интенсивность и температурное положение максимумов ТСЛ и впервые установлено, что причиной невоспроизводимостн люминесцентных свойств поликристаллов Li?B(0;:Cu являются небольшие (0,5-1 мол.%) отклонения от стехиометрии Li2B(07. Разработано способы олредслепня направления и величины этих отклонений. Впервые произведено детальное изучение типа кинетики люминесценции и энергетического положения локальных уровней прилипания, а также исследована температурная зависимость интегральной РЛ, установлено области leMiicpanp и энерпш актвлцпи темперапрпою lanicmni.

Ключевые слова, термос iимудироваиная люминесценция, реи iгеиолюмпнесцешшя. мопокриеIалл, поликристалл, icipaoopai лишя. сге.хиомечрпя. примеси, дефекты

Huiula В.М. Luminescent Properties of undoped and copper-doped lithium tetraborate sin»le- and polycrystals. Manuscript.

Candidate of physical and mathematical sciences thesis. Speciality - 01.04.10 - physics of semiconductors and dielectrics - Uzhgorod State Unixersity. Uzhgorod. 2000.

The thesis is devoted to the studies of thermostimulated luminescence (TSL). the temperature dependence and X-ray luminescence (XL) spectra of undoped and copper-doped lithium tetraborate (LriB^) single- and polycrystals - one of the promising tissue-equivalent materials for the thermoluminescent dosimetry.

An automated appaiatus has been designed anti de\eloped tor the complex luminescent studies, which allows one to irradiate the samples by 10’ - 1G1 G) X-raj radiation doses, to perform the TSL studies at difl'eient linear heating Kites (0.01-5 giad’s) within a wide tempeialure range (20-500 • C), to carry out the teniperatuie and spectral XL-studies in a xisible and ultraviolet spectral regions.

It has been found that undoped Li?B407 single crystals of various technological batches differ by defect type and concentration. A statement that the TSL intensity at the isodose irradiation may serve as a criterion of crystal defectness has been extended over new class of objects.

TSL in some series of Li2B4C>7 single crystals doped by different copper concentration has been studied. An optimal dopant concentration (0.05 mol.% Cu), of which the intensity of high-temperature maximum is the largest, has been obtained. It has been found that the further increase of copper concentration results in the TSL intensity decrease, and this fact is explained by a concentrations! luminescence damping. The LbE|Oj:Cu “aging” has been found to occur due to the influence of multiple “irradiation - thermal treatment at TSL measurement - storage at room temperature" cycles.

The influence of the deviations from stoichiometry on the XL spectra, TSL maxima intensity and temperature positions has been studied. It has been found for the first time that the reason for the irreproducibility of the luminescent properties of Li^C^Cu polycrystals is a slight (0,5-1 mol.%) deviation from Li2B407 stoichiometry. The method of determination of the direction and value of such deviation has been developed. An optimal relation between the copper concentration and B2Oj excess, at which the dosimetric maximum intensity for the Li2B407:Cu polycrystals is the largest (0,1 mol.% Cu and 3 mol.% B203) has been found.

Based on the studies of the influence of copper concentration on the luminescent properties of Li2Bj07 single- and polysrystals as well as the effect of deviation from stoichiometry, the relationship between the high-temperature TSL maximum and the doping copper atoms located at the lithium atoms positions. The lower-temperature TSL maxima have been assigned to the complexes based on the copper atoms located at the internodes. It has been shown that a high TSL intensity in the LbBjO? polycrystals with the 3-9 mol.% excess of B7O3 is due to the production of a large number of crystalline structure defects at the interface of the crystalline phases or that of the vitreous and crystalline regions, which play a role of deep trapping centers.

The TSL curves for the Li2B407-based materials have been compared by using a LiF-based standard dosimeter. It has been found that the TSL in Li2B|07:Cu single crystals is by order of magnitude higher than that in the copper-doped polycrystals. An enhanced sensitivity of the monocrystalline Li^OjiCu samples as compared to the polycrystalline ones makes them more promising for the thermoluminescent dosimetry purposes.

A detailed study of the luminescence kinetics types and the energy position of the local trapping centers has been carried out for the first time, the temperature dependence of the integral X-ray luminescence in the undoped and copper-doped LijB^ single and polycrystals has also been investigated. The temperature regions and the activation energies of temperature damping have been found. Based on the determined local trapping level parameters, a qualitative analysis of the above dependenes has been performed in the heating and cooling processes.

Key words: thermostimulated luminescence, X-ray luminescence, single crystal, polycrystal, lithium tetraborate, stoichiometry, dopants, defects.