Особенности оптических неравновесных явлений в полупроводниках с амфотерными центрами рекомбинации тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

р Г Б ОД 1 5 ДЕК 1996

КИ1ВСЬКИИ УН1ВЕРСИТЕТ 1м. Т.Г. ШЕВЧЕНКА Ф1зичний факультет, кафедра оптики

На правах рукопису

СУПРУНЕНКО В1ктор Миколайович

Особливост1 оптичних нер!вноважних явщ в нап1впров1дниках з амфотерними центрами рекомб1нацп

Спе шальн1сть 01.04.05

Оптика, Лазерна ф1зика ■

АВТОРЕФЕРАТ диссертацИ на здобуття вченого ступеня кандидата ф:зико-математичних наук

Км1в - 1996

Диссертац1я е рукопис.

Робота виконана на кафедр1 оптики Ф1зичного факультету Ки1всько-го ун!верситету 1м. Т. Г. Шевченка

Науковий кер1вник:

доктор ф1зико-математичних наук, професор Вакуленко Олег Васильович

0ф1цайн1 опоненти:

доктор ф1зико-математичних наук, професор Моцний Фед1р Васильович

доктор ф1зико-математичних наук, професор Бродовий Володимир Антонов!/

Пров!дна орган!зац!я:

1нститут физики НАН Укршни (м.Кшв)

Захист вШудеться "Ж" п/ьу);/9 1996 о год. н

зас!данн1 Спец1ал1зовано1 Ради Д 068.18.15. ф!зичного факультету Ки1вського ун!верситету 1м.Т.Г.Шевченка С252127, Ки1в просп. Акад. Глушкова, 6 )

3 дисертац!ею можна ознайомитися у б!бл1отец1 Ки1вського ун!верситету 1м. Т. Г. Шевченка

Автореферат роз!сланий "Ж-." р.

Вчений секретар Спец1ал1зовано1 Ради

0хр1менко Б.]

ТАГАЛЬИА ХАРАКТЕРИСтаКА Р0Е07Н

Лиссертац!л присвячена вивчанюо вплибу багатозарядност! дом!шок но спектроскопхчн! ыастивосг! нап1впров1дникових спо-лук ~;пу А~В*.

Актуальн1сп- ТеМП

Р1зноман1тн1сть нер1Еноважних оптичних явиы визначаеться :пектром энергртичник р!вн!в лом!шок б заборонен!*» зон: нап!зпров;дн;:ка та 1х параметрами.

У зв"лзку з цим эктуальник е тгсретичнг то експеримен-талъке досл!дженнл залежнсст! люм1несцентних властивостей кгах&прээГ^ша* 21в природп та параметр:в дом!шкових центр!в.

В багзтьох випадках л-м!ыкк. лк1 присутн! у нап!впрсв!дни-кових сполуках . проявляють ам4отерн1 ьластавост!.

Кз в!дм!ну в!д простах донор!в або акцептор!в АН штг знаходиться не в деох. а в деыльксх зарядових станах. АмФотер-ний центр виявляс лк м1н1м:,\м три зарядсзпх стзкп: "О". ;

"-". 1м в!дпов1дае два равна - докорный ("+", "О") та акцепторным С"П". "-"). Так поводит:, себе, наприклад. Аа в 31. де выявлено один донорний р!вен1/ Еу +0.35 эВ) 1 один скиепторний С Ее -0.54 зВ).

Факт багатезарядкозт! амФотеркых центр!в дуге суттбвий г Н9р1внобзжних проиеса;-;. у ес!;-; явшах. чутливих до перезарядки дом!тки. ВкаОлячи з иього можка оапропснуЕатп гпоз16 оперативного управл!кня зпектральнпми характеристиками нап1впров!дника. пов"язанимп з прпсутн1стю амфотернпх дом!'¿ок. через оптичну перезарядку дом!щки.

Объектам: :пектроскоп1'-!нин до:л1дже;;ь булн вибран: кристз-ли як! викеристз еуються для Еиготовлекнл сцинтилятор1в. природа центр!в лких во недостатньо вивчена.

Актуальн!сть робота поллгае також у тому, ко досл;дження ам4отерних домшок вносить суттевий внесок в р1шення загально! лр:£ле!,:п глибоких р1вн:в 1. г- важливим етапс-м в розумгнн! явиг компенезд!! 1 замскзмпенсац]! н^п1впров1дннк1в. $и.з1кп нер!вно~

важних процес1в.

3 приводу актуальност1 проблемы оперативного управл1ння фотолюм!несценц!ею в!дзначимо, що спалахова та гас1йна д1я 1нфрачервоного(14) випром!нювання на св!т1ння фосфор!в систематично досл!джуеться у напий кра!н1 1 за кордоном починаючи з 40-х рок! в у зв"язку з можлив!стю практичного використання яви-ща стимуляцП випром1нювання для в1зуал!зацП 14 спектра.

Мета робота полягала в досл!дженн! особливостей нер!вно-важних процес1в в нап1впров!дниках легованих багатозарядними, зокрема амфотерними дом!шками та встановленн! законом!рностей впливу цих дом1шок на характер таких процесс1в. У зв"язку з цим необх!дно було розв"язати так1 завдання :

- доаидмти к!нетжу домшково! люм!несценц1! в нап!впров1дниках з амфотерними центрами рекомб!нац!1;

- досл1дити температурну залежтсть домшково! лкшнес-ценц!! в нап1впров1дниках з АЦ рекомб!нац!1:

- вивчити вплив 14 випром!нювання на лкшнесценШю нап!впров!дник1в з АЦ рекомб1нацП.

- провести пор1вняння властивостей систем як1 включають амфотерн! та звичайн! дом!шки з глибокими р1внями залягання.

Наукпйа нптопма робота

Запропонована нова Ф1зична модель процес!в рекомб!нац11 нер!вноважних носив заряду в нашвпров1днику з багатозарядни-миС зокрема амфотерними)центрами, як! можуть виявляти як до-норн 1 так ! акцепторы! властивость на в!дм!ну в!д традиц!йних моделей з незалежними донорними та акцепторными р!внями. Впер-ые проведено математичне моделювання люм!несцентних властивостей нап!впров!дник!в з амфотерними дом!шками. Проведене з!став-лення отриманих теоретичних значень з експериментальними результатами показало, що наша модель досить добре описуе аномал!! в к!нетиц! ! температурой залежност! дом!шково1 люм!несценц!1, дозволяе описати явите спалаху ! гас!ння лкшнесценцИ без додаткового припущення про великий квантовий

вих1д, яке необх!дно при розгляд! модел! незалежних донор1в 1 акцептор! в.

Практична тншеть ппбпти

Отриман! дан! про характер прояву багатозарядност1 центр!в повинн! братися до уваги при досл!дженн1 нер1вноважних процес!в захвату-рекомб!нац!1 нер!вноважних нос1!в заряду у нап!впров!дниках, а також при розробц! технолог!й вирощування нап!впров!дникових матер!ал!в.

Комплекса досл!дження по матер!алам диссертац!! дали мож-лие1сть запрограмувати 1 реал!зувати кристали з монотонною к1нетикою. Це дало змогу значно покращити техн!ко-експлуа-тац1йн1 показники сцинтилятор:в, як1 виготовляються на онов! селен!ду цинку 1 використовуються у детекторах рентген1вського

Основы! положения птп виносятъся на захист:

- немонотонна повед!нка в к!нетш! та температурой залеж-ност! лкшнесценци, а також спалахова та гас1йна д1я 14 вип-ром!нювання на люм!несценц!ю пояснюеться в модел! нап1впров!дника з одним(багатозарядним) центром рекомб1наш.1.

- велике п!слясв!т1ння стандартных сцинтилятор1в, виготов-лених на основ! селен1да цинка, обумовлене власними дефектами крмстала, з властивостями багатозарядних центр!в рекомб!нац!!:

- к!нетика впливу 14 св1тла на фотолюм!несценц1ю гпБе обу-мовлена багатозарядним центром рекомб!нац!1.

Оспбистий яклад автора

Шляхом математичного моделювання Ф1зичних процесс!в у натвпровШиках з амфотернши домшками автором отриман! результата, як! пояснюютъ особливост! у к1нетиц! та температурой залежност! люм!несценц!!, а також пояснюють явище спала-ху та згасання люм!несценц!1 п!д д!ею 14 св!тла.

Кр!м цього автором самост!йно проведен! експериментальн! досл!дження спектр1в фотолюм1несценцП та фотопров!дност!, ! сп!льно з сп!вавторами проведено анал!з отриманих результате.

Апробация работы

Основн! результата диссертацИ допов!дались та обговорюва-лись на таких конференшях та сем1нарах :

- конференцП молодих вчених Закарпаття См.Ужгород, 1990):

- XII Всесоюзна конференцП з Ф1зики нап1впров1дник1в См. Ки1в,1990):

- Науково-практичному сем1нар1 в м. Каменец-Под!льскому С1992):

- М!ждержавн!й конференцП "Сцинтилятори-93" (м.Харьк1в, 1993):

- М1жнародн1й конференцП з Ф1зики нап1впров1дник1вСоптичн1 ме-тоди д!агностики матер!ал1в 1 вироб!в м!кро-, опто- 1 квантово! електрон1ки)(м.Ки1в, 1993).

ПубтНканН пп тем) лигрртапП

Основн! результата дисертацН опубл1кован1 у 10 друкованих пра-цях.

Структура та пб"рм ппбптм

Дисертац1я складаеться 13 вступу 1 3 роздШв 1 викладена на 103 стор1нках машинописного тексту, 26 малюнк1в та 2 таблиц!. Список л1тератури м1стить 95 найменувань.

КОРОТКИЙ ЗМ1СТ РОБОТИ V дртуп1 обгрунтовуеться в1б1р напрямку досл1джень, показана актуальшсть теми, сформульован1 мета та задач! робота, визначен! об"екти досл!джень та методи 1х проведения, в!добра-жена наукова нов1тн1сть отриманих результапв, наведен! положения, що виносяться на захист.

В прпитпму рпзлЫ приведено огляд л!тературних данних, присвячених процесам захвату та рекомб!нац!1 носПв заряду у натвпровШиках.

У широкозонних нап!впров!дниках рекомб!нац!я в!дбуваеться переважно через пром!жн1 стани-р!вн! р!знмх центр1в. Вияснення рол! цих центр!е в процесах рекомб!нац!! та прилипания, визна-чення !х параметр!в, ярений ! к1льк!сний описи деталей про-

цес1в„ що дае можлив1сть встановити скему електронних пере-ход!в, вичерпуе феноменолог!чний опис нер!вноважних процес!в, як1 обумовлюють велику к!льк!сть Фотолншнесцентних та фотое-лектричних явищ* у нап!впров! дниках.

Достатньо загальна схема електронних переход1в, котра при-лучаеться для пояснень процес1в рекомб1нац11 у частково ском-пенсованих нап!впров1дниках, наприклад,п -типу, мостить два ти-пи центр1в так звано! "пов!льно! та "швидко!" рекомб1нац!1 (в!дпов!дно г- и г- центри) та один тип центр!в прилипания "ло-вушок" основных нос11в С и. Схема, що м1стить велику к!льк!сть р1вн1в рекомб!нацП та ловушок, за певних умов С температурь !нтенсивност1 збуждення зразка), коли м1ж1 р!вн! опустошен!, може бути зведена до попередньо! схеми.

Досить прост! розв"язки к!нетичних р1внянь можуть бути от-риман! в ряд1 окремих випадив, в якмх, по сут!,розглядаються двор!внев! модел!. Наприклад, для пояснения особливостей люм!несценц1!, пов"язаних з присутшстю ловушок залучаеться так звана схема зовн!шнього гас!ння, яка м!стить один тип центр!в випром1нювально1 рекомб!нац!1(г) ! один тип ловушокСО.

При пояснены! спалахово1 д!! 14 св!тла в р1зноман!тних ф!зичних ситуашях застосовувались р!зт модел!: з одним ! б1льше р!внямм локал!зац1! нос!!в, !з врахуванням комплекс!в, як! утворюють нейтральна ловушка та !он!зований центр св!т!ння, або донорно-акцепторш пари, у котрих роль ловушок вШграють вказан! пари з великою в1дстанню м!ж донором та акцептором.

Для пояснения 14 чутливост! люм1несценц!1 в першому набли-женн! використовуеться схема з одним типом центр!в випром!нк>-вально! 1 одним типом центр!в 5езвипром1нювально1 рекомб!нац!1. Суттевим недол!ком ц!е1 модел1 е те, що тут потр!бно робити припущення про високий квантовый вих!д люм1несценцП, а також припускати, що донорн1 та акцептор^ р1вн! знаходяться у приб-лизно однаков!й концентрац!!, а в к!нетичних р!вняннях в!дсутн!й член, що описуе дифуз1йну швидк!сть електрона чи

д1рки.

При анал1з1 результат!в досл1джень по рекомбшацП у мо-нокристалах гпБеСТе) виявлено що оптичн! властивост! монокрис-тал1в характеризуются власними точковиш дефектами структури. Розум1ння дефектно! структури кристал!в, отриманих з р!зним ступенем в1хилення в1д стех5.ометрП дозволяе боыл широко ви-користовувати можливост1 1х легування.

0ск1льки власн! дефекта в!дпов1дають за повед1нку люм!нес-ценцИ то потр1бно враховувати природу цих дефект!в. I хоча в л1тератур1 1 е данн1 що центри рекомб!нац11 можуть бути багато-зарядними, однак ця властив!сть при анал1з! спектр!в люм!нес-ценцП, Н к1нетики, впливу 14 п!дев1тки - не враховувалась.

V другому рпдцы наведено результата математачного моде-лювання Ф1зичних поцесс1в рекомб1нацп у нап1впров!дниках з ам-фотерними дом!шками.

Як вже було сказано, амфотер-ний центр виявляе як м!н1мум три зарядових стани: "О", "+", "-", яким в!дпов1дають два р1вн! - до-норнийС"+", "О"!) 1 акцепторний С"О", "-"). На в1дм1ну в1д проста« воднепод1бних центр!в акцеп-торн1 р1вн! амфотерних центр1в знаходяться, як правило, вище за донорнКмал.1). Еу

Розглянэмо схему електронних переход1в у широкозонному нескомпенсованому нап1впров!днику з амФотерною дом1жою, яка утворюе два р1вн1 в заборонен1й зон! - донорний та акцепторний. У цьому випадку к1нетику рекомб1нацп носПв заряду можна опи-сати такою системою равнянь:

Мал.1 Ее

елекгронмиэс. п«ре*ос»1&

О

.С

Еа

а.

-ЕЙ

Дп/сИ = g - Спо№п - Сп1Ю1 -упр й1Г/сИ = Спо№р - СР1Ы-р + г№ + Г2№ СШ+/С31 = Сро№р - сп1м+п - ЕГГ + №" + П = И* + р N = № + ¡Г + ¡Г

дв № , дг , ГГ - концентрация нейтральних, в1д"емно та до-датньо зарядженних дом1шкових центр1в, в!дпов1дно; N -""повна концентращя амфотерних центр1в: п - концентращя в!льних елек-трон!в: р - концентрац!я в1льних д1рок; ё - темп генерацП злектроно-д!ркових пар: Спо . Сп1 - коефШенти реком51наци в1льних електрон!в на нейтральних та додатньо заряджених центрах, в1дпов1дно: ц, £1 - ймов1рност1 теплово! 1 14 ней-трал!зацП м+ - центра за рахунок електроних переход1в 1з валентно! зони на донорний р!вень амфотерного центра, в!дпов1дно; г, £2 - ймов1рност! теплового та 14 збудження електрон!в 1з валентно: зони на акцепторний р1вень амфотерного центра, в1дпов1дно: ^ - коеф1ц!ент електронно-д1рково1 рекомб!нац11.

Дошльно ввести безрозм1рн1 величини:

С1) С 2) 13)

С 4) (5)

XI = п/№ Х2 = г/№ Х2 = А = Сп1/Спо: В = Сро/Спо!

О = Ср1/Спо: 6 = й/Спо№ Т = Спо№: 0 = а/СпоМ й = г/Спо№ Г = ^/СпоГ^: П = П/СпоМ ¥2 = Г2/Спо№

Тод1 з урахуванням (4) 1 С 5) отримаемо таку систему к1не-тичних р1внянь

С1Х1/С1Т=С-Х1С1-Х2-ХЗ)-АХ1ХЗ-ГХ1СХ1+Х2-ХЗ) С 6)

ДХ2/с1Т= Х1С1-Х2-ХЗ) - 0Х2С XI+Х2-ХЗ) +С Я+Р2) С1-Х2-ХЗ) С 7)

(1ХЗ/с1Т= ВС 1-Х2-ХЗ) С Х1+Х2-ХЗ) +АХ1ХЗ-С Ц+П) Хз С 8)

Найб1льш просто цю систему р!внянь можна розв"язати мето-

лом напшвидшого спуску.

В подалыюму розглядаеться к1нетика дом1шково1 лкшнес-ценцИ. Зм1нюючи параметри, як1 Ф1гурують у к3.нетичних р1внян-нях, вдалося отримати аномал!1 у к3.нетиц1 згасання люм1несценц11. Це добре видно на мал. 2. При вимкненн1 збуджен-ня С0=0) люм1несценц1я затухае, пот1м розгораеться 1 знову за-тухае. При вимкненн! б1льш високого збудження 6 затухания та розгорання лкшнесценцП затягуеться в час1. При зростанн1 параметра О Стемпературний викид д1рок) аномал1я в затуханн1 лкшнесценцН починае згладжуватися С крива 1, 0=30), так що при О > 100 вона практично не спостер1гаеться 1 затухания в!дбу-ваеться монотонно.

Под1бн1 аномал!1 спостер1гались при досл!дженн1 к!нетики рентгено лкшнесценцп СРЛ) гп5е:Те при високих р1внях збудження. В л1тератур! таку к!нетику РЛ пояснюють участю не меньше трьох процесс1в затухания, з пост1йними часу'. 1-1.5: 7 - 10 1 б!льше 50 мс. Причому в1дзначаеться, що для вияснення природи центр1в випром1нювання, як1 обумовлюють появу цих компонент, потр!бн! подальш1 досл1дження. Ми ж припустили, що особливост! к1нетики РЛ селен1да цинку можуть бути поясненими амфотерними властивостями центр1в випрокиншальшн рекомб!нацП.

Дал1 розглядаеться температурна залежн1сть дом1шково1 люм1несценцП. Отримано аномалП в температурн1й залежносп лкшнесценцИ типу спад-зростання-спад. 0значен1 умови, за яких можна застосовувати стандарта! методи досл!дження для визначен-ня глибини залягання енергетичного р1вня.

Розв"язуючи систему р!внянь С 6-8) з параметрами 14 П1дсв1тки(мал.3), нам вдалося пояснита явище миттевого спалаху та згасання люм1несценцИ без додаткового припущення про великий квантовий вих1д, як того потребуе модель незалежних до-нор!в та акцептор!в.

Т,в1дн. од. Мал. 2. К1нетика згасання люм!несценц11 при А=Л=1; В=150: 1- 6=8,0=30; 2- 6=8,0=6.2: 3- 0=30, 0=6.2: 4- (3=1, 0=6.2.

1л.. в!лн. ол.

2

н

хв.

Мал. З.Повед1нка сигналу ФЛ тд д1ею 14 п1 дев д. тки.

1- експериментальна крива:

2- теоретична крива.

Можна навести 1 як1сне тлумачення повед1нки сигналу фото-лкшнесценцП шд впливом 14 п1дсв1тки. Зразу ж теля вв1мкне-ня 14 опром1нення зразка у ньому р!зко зростае концентрац1я нейтральних центр1в за рахунок фотонейтрал1зацп дом1шок. Це приводить до спалаху, швидкого зростання 1нтенсивност1 Фото-лкшнесценци, оск!льк1 остання пропорщйна добутку концентрацИ нейтральних дом1шкових центр1в та концентрацИ выьних електрошв. Следом за цим аде процес зменшення концентрацИ нер!вноважних електрошв 1, отже, поступове встановлен-ня нового стационарного р1вня ].нтенсивност1 лкшнесценцп, який у випадку високого квантового виходу практично не в1др1зняеться в!д попереднього р1вня. У схемах з каналом безвипром!нювально1 рекомб!нацИ 1нтенсивн1сть Фотолюм1несценцП у стац!онарному режим1 збудження та 14 П1дсв1тки може бути вищою в1д ].нтенсив-ност! лш!несценцП без 14 п1дсв!тки. Це та зване розгоряння

люм1несценцИ.П1сля вимкнення 14 гпдсв1тки в1дбуваеться зво-ротн!й процес.

Таким чином використання модел1 амфотерного центра в ц!ло-му дозволяе описати спалах 1 гасшня лнМнесценцИ. Зм1нюючи параметры 14 п1дсв!тки ми змогли описати ус! експериментальн1 результата, як: нам зуспллися у л!тератур1, по явищам- спапаху та згасання люм1несценц11 п!д д1ею 14 п1дсв1тки.

У тррттй г.пая! викладен1 результата люм1несцентних власта-востей кристалл!.в ХпБе легованих р1зними дом1шками. Характеристики та параыетри досл!джуваних кристал!в наведен! в таблиц!

N Матер1ал Конц. (%) Интенсивн1сть лкшнесценцп

Св1дн.од. .1

активатора Л-540 Л-980 ^640 Л-640 Т=4,2 К Т=300 К

1 гпБе - 0,2 0,5 4,0 5-15

2 1п5е12п - 1 1 1 1

3 7п5е:Те - 1 0,6 0,9 1

4 гп5е<Те> 1 - 0,6 3 5

5 2пБе<Те>:гп 1 3 0,5 1,5 12

6 7п5е<Те>:Те 1 0,3 0,6 4 145

7 гпЗе<Те>:гп1 1 - - 9 200

8 2п5е<Те>:гп2 1 0,6 1 17 204

9 2п5е<Те> 3 - 1 9 48

10 2пБе<Те>:2п 3 - 1 20 400

И 2п5е<Те>:Те 3 - 1 8 77

12 гп5е<Те>:2п 3 - 1 16 263

13 гпЗе<Те>:2п 3 - 1 16 314

- и -

Досл1дження,при р1зних режимах термообробки, проводились з метою визначення концентрацН активатор1в , оптимальних для до-сягнення високого квантового виходу кристал!в у смуз1 Л-640 нм. Виб1р ц1е! смуги обумовлений там, що ефективн1стъ приймального пристрою обчислювального томографа суттево залежить в!д спектрального узгодження сцинталятора та приймача.

Сп1вставлення результатов досл!дження залежност! 1нтенсив-ност1 "червоно1" лкшнесценцП кристал1в селетду цинку в1д концентрацН дом1шки 1 режиму термообробки у парах власних компонентов при р1зних р!внях збудження приводить до висновку, що зростання 1нтенсивност1 смуги^= 640 нм. в одних кристалах в пор1внянн1 з 1ншими обумовлено, зокрема, л1кв1дац!ею центр!в безвипром!нювально1 поверхнево1 рекомб1нацН, яка в!дбуваеться досить ефективно при введен! активатора Те з наступним в1дпа-ленням в парах цинка.

Сукупн1сть результайв, отрмманих 1 проанал1зованих у дис-сертацП, св!дчить про те, що в першу чергу саме власн1 дефекта гратки кристал1в 2п5е в1дпов!.дальн1 за "червону" смугу Л-640 нм. Сторонн1 дом!шки, в тому числ1 1 Сц2п. на нашу думку, не вШграють суттево! рол1 в формуванО центр!в св1т!ння. Тим не менше, шляхом введения цих дом1шок можна перебудовувати спектр за рахунок зм1ни ступеня компенсацп зразка, смщення р!вн1в центр!в рекомб1нацП 1 т.п. Управл!ння спектрами лкшнесценцН 1 оптичного поглинання можна зд1йснити 1 в динам1чному режимЬ регулюючи ступень збудження зразка. Найб1льш 1мов1рно, що ц1 ефекти пов"язан1 з присутОстю у випром1нювальних комплексах багатозарядних центр!в.

Ми розглядали ваканс1ю цинка як двозарядний акцептор, тобто центр, який може перебувата у трьох зарядових станах -Утп, Угп, Угп Сзарядовий стан визначаеться по в!дношенню до стану дефекта при Т=0 К при умов1 в1дсутност1 компенсуючих домшок) 1 тому мае два р1вн1 перезарядки: "0,-е", "-е,-2е", де е-величина заряда електрону. Однак питания про зарядоЕий стан

Чгп в кристаллах 1пБе поки не мае однозначного р1шення. Принайми! не треба скидати з рахунку прояв як амфотерного центра: (Угп, Угп, Угп) з двома р1внями - акцепторним "0.-е"1 донорним "0,+е". В цьому випадку дом1шков1 комплекси в стеех1о-метричних кристаллах типа дефект!в по Френкелю (Угп2г\* або УгпТе^ги) сл1д розглядати як центри випромд.нювання Л-640, а дом!шков1 комплекси у нестехюметричних кристаллах типа сумШ дефекпв по Френкелю з дефектами по ШотпиСгУгг^пГ" або 2УгпТе°7гц) - як центр випром1нювання Л-830.

Г* яаотчнтй цагтунт наведено основы! результата та висновки

На основ1 приведених в данн!й робот1 результат!в комп"ю-терного моделювання оптичних властивостей натвпровадникав з 'багатозаряднимиСаыфотерними) центрами рекомб!нацН 1 експери-ментального досл1дження лкшнесцентних властивостей стехаомет-ричного 1 нестех1ометричного селен!ду цинку з 1зовалентною дом1шкою Те можна зробита тао висновки:

1. Виявлено особливост! 1 вперше проведено математичне моделювання лкшнесцентних властивостей нап1впров1дник1в з багатозаряднимиС амфотерними) домхшками.

1.1. В залежност! вад параметр1в рекомб!нацп багатозаряд-них дом1шок 1 ступеня компенсацИ нап!впров1дника к1нетика затухания фотолкшнесценци може бути як монотонною, так 1 аномальною , наприклад, типу спад-зростання-спад. Под1бного роду аномалп спостер1гались при досл1дженн1 к1нетики ренгено-люм1несценцНСРЛ) 2п5е:Те при високих р1внях збудження. В л!те-ратур1 таку к1нетику РЛ пояснюють участю не менше трьох процесс^ затухания, з пост!йними часу: 1-1.5: 7-10 1 б1льше 50 мс. Причому в1дм1чаеться, що для вияснення природи центр1в вип-ром!нювання, як! обумовлюютъ появу цих компонент, потр1бн! по-дальш! досл!дження.

1.2. При наявност1 багатозарядних дом!шок у натвпров!дни-ках температурна залежн1сть фотолюм!несценц1! може бути, при деяких умовах, як монотонною, так ! такою, яка проходить через

стад1ю розгорання.

1.3. Схема багатозарядного (амфотерного) центру рекомб1на-ц!1 дозволяе пояснити явще спалаху 1 гас1ння люмшесценцп без додаткового припушення про великий квантовий вих1д, як це необ-х1дно при розгляд1 модел1 незалежних дождав 1 акцептор1в.

2. Експериментальн1 досл1дження властивостей люм!несценц11 стех!ометричних 1 нестехЬметричних кристал1в гпБе, а також кристал!в, легованих 1зовалентною домЛшкою, п!дтвердили л!тера-турн1 припушення про дом^нуючу роль власних дефект!в у форму-ванн! центр1в випром1нювально1 рекомб1нац11.

3. Залежнз.сть складу спектра фотолкшнесценцп в1д 1нтен-сивност1 збудження як!сно легко пояснюеться у модел! багатоза-рядного центра, котрий являе собою або вакансП цинку, або дом1шковий комплекс, який включае цю ваканс1ю.

5. Експериментальне дослгдження к1 нетики впливу 14 п1дсв1тки на фотолюм1несценш.ю 7п5е<Те> повн!стю описано у модел! багатозарядного центру.

Огнпит результата лиггертаиП опубл)кпеан1 в роботах

1. Вакуленко 0. В., Супруненко В. Н., Рыжиков В. Д. Кинетика примесной люм1несценц!1 в полупроводниках при наличии амфотер-ных центров рекомбинации //УФЖ.-1990.-35, N 10.-С. 1485-1489.

2. Вакуленко О.В., Супруненко В.Н., Рыжиков В. Д. Температурная зависимость интенсивности примесной лкшнесценцп в полупроводниках с амфотерными центрами рекомбинации//ФТП.-1991. 25, N 6. -С. 1053-1057.

3. Вакуленко 0. В., Супруненко В.М Вплив 1нФрачервоного вип-ромшювання на лкшнесценщю нап1впров1дник!в з амфотерними центрами рекомб1нац11// В1сн.Ки1в.ун-ту. Ф1з.-мат. науки. -1991.- N 1.-С. 70-73.

4. Вакуленко О.В., Супруненко В.М, Шутов Б.М. Вплив 1нфра-червоно1 п1дсв1тки на фотолнМнесцешдю 2гбе // УФЖ.-1994.-39,

N 7.-С. 793-795.

5. Вакуленко O.B., Супруненко В.Н. Рекомбинация носителей заряда в полупроводниках на амфотерных центрах // Тезисы докладов V научной конференции молодых ученных Закарпатья, июнь 1990., С. 141.

6. Вакуленко 0. В., Супруненко В. Н. Люминесцентные свойства полупроводников с амфотерными центрами рекомбинации // Тезисы докладов XII всесоюзной конференции по физике полупроводников , Киев, 23-25 октября, 1990 ,. Часть 1, С. 223.

7. Вакуленко О.В., Супруненко В.Н. Проявление многозаряд-ности центров излучательной рекомбинации в кинетике послесвечения сцинтилляторов // Сцинтилляторы-93, Межгосударственная конференция, 27-30 сентября 1993, г.Харьков, С. 157.

8. Вакуленко О.В., Кравченко В.М., Стащук B.C., Супруненко В.Н. - Машинне моделювання к1нетики фотолюм1несценцП у натвпров1дниках. 36. "Оптика и спектроскопия и их применение в народном хозяйстве и экологии". Киев: Общество"Знание"Украины, 1992,73.

9. Вакуленко 0. В., Даценко 0.1., Стащук В. С., Супруненко В.М. Вплив 1нфрачервоно1 тдсв1тки на фотолнМнесценщю се-лен1ду цинку (там же), С.25.

10. Ryzhikov V. D., Suprunenko V. N., Vakulenko 0. V. Multiple charging of recombination centers as one of causes of semiconductor inertialitv // Proc. SPIE.-1993.- 2113.-P. 169-172.

Аннотация

Супруненко В.Н. Особенности оптических неравновесных явлений в полупроводниках с амфотерными центрами рекомбинации

Диссертация в 5орме рукописи на соискание ученной степени

кандидата физико-математических наук по специальности

01.04.05 - оптика,лазерная физика.

Защищается 10 научных работ. В работах представлены результаты компьютерного моделирования процессов рекомбинации неравновесных носителей заряда в полупроводниках с амфотерными дефектами и показано, что некоторые особенности люминесценции: немонотонная кинетика, немонотонная температурная зависимость интенсивности стационарной люминесценции, сложная кинетика влияния инфракрасного излучения - могут быть обусловлены многозарядными примесями.

Экспериментально исследована и теоретически описана С путем численного решения соответствующих кинетических уравнений, а не качественно, как это делалось раньше) кинетика влияния инфракрасного излучения на фотолюминесценцию селенида цинка.

Впервые исчерпываще объяснено явление вспышки люминесценции, наблюдаемое во время включения ИК подсветки.

Немонотонная кинетика затухания ренгенолюминесценции селенида цинка объяснена присутствием многозарядного центра рекомбинации.

Теоретически просчитаны и практически реализованы кристаллы с монотонной кинетикой. Это позволило значительно улучшить технико-эксплуатационные показатели сцинтилляторов, которые изготавливаются на основе этого материала и используются в детекторах рентгеновского и излучения.

Abstract

Suprunenko Viktor Nikolayevich

"Peculiarities oF the nonequilibrium optical phenomena in semiconductors with amphoteric recombination Centers" Thesis for the degree of Candidate of physico-mathematical sciences on specialitv 01.04.05 - optica.

10 scientific publications. The uork presents the results

of computer simulation of nonequilibrium charge carrier recombination processes in semiconductors with amphoteric defects. It is shown that some peculiarities of luminescence -nonmonotonic kinetics, nonmonotonic temperature dependence of the steady-state luminescence intensity, complex kinetics of the infrared (IR) .radiation influence - can be due t.o multicharge impurities.

The kinetics of the IR-radiation influence on the photoluminescence of sine selenide was studied experimentally and described quantitatively by solving numerically the corresponding kinetic equations rather than qualitatively as it had been done before.

The effect of the luminescence flare-up observed while suitching-on the IR-iHumiliation was explained reliably for the first time.

The nonmonotonic decay kinetics of the X-ray luminescence of sine selenide is attributed to a multicharge recombination center.

The parameters providing a monotonie luminescence kinetics were calculated as well as corresponding crystals were grown. This allowed to markedly improve the technical-and-operation indexes of X- and gamma-ray scintillators based on the material.

Клю'-ioEi слова: нагивпровШик. люм!несиени1я. багатозаряд-нийСамФотернигО иентр. рекомб!нац1я. 4отопров1дн1сть. си.1нтиля-тор, селен!д иинку.