Позитроночувствительные дефекты в полупроводниках и диэлектриках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

-.-» Р п

1 О V..

На правах рукописи

Н

южгоночувствштшЕ дефекты в тлшюводнтх

и диэлектриках

Специальность 01.04.07 - Физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата фигыко-ыатеыатичвских наук

Тоиск - 1935

Работа выполнена в НИИ высоких напряжении при Томском политехническом университете

Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор Лопатин В.В. (НИИ высоких напряжений при ТПУ. г.Томск).

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Войиехоеский A.B. кандидат физико-математических наук Семин В.Н.

Вадуния организация Троицкий институт инновационных и термоядерных исследовании.

Зашита состоится "21 1355г.. е час. О? мин.

на заседании специализированного Совета К 063.53.05 в Томском Государственной университете (634050. г.Тсмск.50, пр.Ленина, 36)

С диссертацией можно ознакомиться в научней библиотеке ТГ1

Автореферат разослан "2D " MOßfrPfl 1эз£г.

Ученш секретарь специализированного

Сиьета К 0Б3.53.05. к.ф.-м.н.. доцент ¡cjl^xaüAI!.Н.АНОХИН

ПВЩАЯ ХАРЛХТЕРИСТЙКА РАБОТЫ Актуальность темк Неметаллические материалы в настоящее время находят применение лак при создании электронных приборов, так и в качестве элементов конструкций, эксплуатиру-тмся з условиях радиационных воздействий. Технологам получения материалов с жданными свойствами нередко вк пючяот в себу радиационную оо-работку.В связи с этим актуальна зэлзча изучения природы биогра-

» иншюгшпшш» :! ГрСиС-™.. МКЖ-

01' ними, В данной работе в качестве основного метода исследовз--гия выбран метод электрои-позетронной аннигиляции (ЭПА), которш сарактеризуется селективностью и высокой чувствительностью к дефектам еакансионного типа. Селективность метода ЭПА, с другой :тороны. предполагает ограниченность получаемой информации о :труктуре дефектных твердых тел. интерпретацию ее в раккзгс кок-[елиии гюзитроночувствительньх дефектов (№Д) и необходимость ривлечения дачных, полученных дополняющими методами. Рэстифров-а спектров ЭПА, измеренных для поликристаллических материалов содержащих информацию о широком ьэборе дефектов, оказывается олее полной при использовании .результатов изучения дополнявших бъектов

Целью "настоящей работы является изучение природы бяографч-?скях и пострадиационных дефектов <РД) з пояикрясталлическом 'афитоподобнси гексагональной нитриде бора (ВМг). Поставленная !ль достигается. путем идентификации каналов с-зшгиляши позит-¡нов из позитронных и позитрониевых СРа) состояний как в раз-:чных образцах внг, так и в дополнявши объектах исследования -нокристзллах полупроводников О&Ав. а»Р, гпвеРг, а«, и в по-кристэалическсм пористом диэлектрике - синтетическом цеолите па морденит (КаМ).

Нзучная новизна работ полностью отражена в основных результатах и выводах, приведенных в коше автореферата.

Практическая значимость результатов работы заключается в

следующей:- из эксперимеоталышх данных об особенностях структуры, о природе и териостабильности биографических дефектов и РД поликристаллического внг следует, что материал характеризуется высокой радиационной стойкостью: на основании этого было предложено устройство разрядной камеры термоядерного реактора, первая стенка которой защищается от разрушающего воздействия плазьш экранами из шролитического нотруда бора (ПНБ): предложен способ поперечной резки (а.с. №1638228). реализованный при изготовлении защитных экранов первой стенки термоядерного реактора с сильным полем (ТСП);

- самостоятельное значение результатов, полученных для полупроводников и цеолита определяется тем. что в первой случае изучавшиеся материалы перспект _ны в шжро- и оптоэлектронике, а во второй в технологии крекинга углеводородов.

Материалы работы используются в ТРИНИГИ (г.Троицк).

На защиту выносятся следующие положения:

1. Облучение монокристаллов п-ваЛа и п-СаР электронами с энергией Еа=2,3.!зВ при плотности тока ¿=5х10~3А/сы2 и температуре Т=295К приводит к образованию моновакансионных комплексов примесь-Уаа и деакансионных комплексов в образцах с уровнем легирования (10"МО17)см"3. Облучение п-СаАа сильноточным электронным пучкои (Ее=900кэВ, 1.4+1,5)><10:3А/смг) приводит к образованию и более крупных вакансионных дефектов.

2. При иылпантаиии быстрых позитронов в ЫаМ (пористый диэлектрик) в приповерхностной области каналов образуется "разбух-

шй" Ря. Это обусловпивает высокую чувствительность параметров

ЗИЛ к физике-химически/ свойствам адсорбата.

3.. Аннигиляция терна газов агаме позитронов и "-электронов иенно-ковалентного ВЫг обусловливает бимодальность УРАФ. измеренного при рг||с (р2~ измеряемая компонента импульса, с - препыу ¡Явственное направление гексагональных осей кристаллитов вм ) Аимтптропия УРАФ. измеренных при р_||с и р„¡(ч, обусловлена анни-

IШУМПНА I СИ»---'*ЗСЗЗШШХ " ** »-тптггттага игч . п

поликристаллическом внг особенности и анизотропия УРАФ сглаживаются вследствие разориенгашш кристаллитов, захвата позитронов ПЧД и аннигиляции позитронов из локализованных Рз состояний.

4. Облучений ПНБ нейтронами приводит к образованию в кристаллитах дефектов, которым отвечают акцепторные уровни в запре-щешюй зоне ВЫГ. При этом наблюдаются уменьшение концентрации ГЩ и неаддитивное действие конверторов (двухазотные парамагнитные центры и их пары) и окислителей на Рз.

Вклад автора. В работах, выполненных с соавторами, автором выполнена экспериментальная часть, обработка и интерпретация результатов эксперимента, отраженная в защищаемых положениях и выводах диссертационной работы, Автору принадлежит инициатива про-ге"~7"*~ рчяо совместных рчбот.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на V, VI,VII Всесоюзных семинарах "Нитриды. Методы получения, свойства и области применения " (Рига, 1984,П87,1991г.г.); на Международной конференции-выставке Нитрил бора:получение, свойства, применение" (Обнинск, 1993г.), на первом Всесоюзном семинаре "Позитрошгая диагностика твердых теп.Мегсчзстичиые керр^пя-ции" (Ташкент, 1984г.). на Республиканском семинаре "Аннигиляция позитронов в твердых телах" (Киев. 1989г.>. на Всесоюзном семи-

наре "Позитронная аннигиляция в твердых телах" (Обнинск.1991г.), на xxxrv Всесоюзном совещении по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Алма-Ата. 1384г.). на Международном совещании "Ядерная спектроскопия и структура атомного ядра" (Дубна 1ЭЭЗг.). на Всесоюзной конференции по эмиссионной электроншо (Ташкент. 1984г.), на XI совещании по радиационной физике полу проводников (Новосибирск. 1984г.), на IV Всесоюзном симпозиум "Свойства малых частиц и остроековых металлических пленок" (Сумы 1985г.). на IV и v Всесоюзных совещаниях "Воздействие ионизирую щего излучения и света на гетерогенные системы" (Кемерово, 1986 1990г.г.), на Международной конференции по радиационному матери аловедению (Алушта, 1390г.), на ill Международной школе-сиылози уме "Физика и химия твердого тела" (Благовещенск, 1991г.). н 7-ой Всесоюзной и 8-ой конференциях по радиационной физике и хи мии неорганических материалов (Рига, 1989г.. Томск, 1993г.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введеши четырех глав, выводов заключения и приложений. Работа изложе! на 190 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков и ; таблицы. Библиография включает 148 наиыеновадий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы исследовани сформулированы цель работы, научная новизна и практическая зк чиность полученных результатов, а также основные положения, в носимые на защиту.

В первой главе излагаются принципы методов позитронной спе тросколии материалов, а также методические вопросы.Для обработ спектров времени жизни позитронов (СВЖП) и угловых распределен аннигиляционных фотонов (УРАФ) применялся пакет программ PATFI

ЩД для монокристаллов n-GaAa измерялись на спектрометре быст -о-медленных совпадений (ORTEC) Владивостокского Госункверсито-а. полная ширина на полувысотв (ПШПВ) функции разрешения- (280 ¡00) пс. СВЖП для образцов ПНБ измерялись на спектрометре быстро-ыстрых совпадений. ШШВ=( 250»-260)пс. разработанном а ШШ. кк-

»i-гпитаггжтишийпио - " <~

iaях ~ 0,33<1Бк. Параметры функции разрешения спекгрс'и^тря ¡клад аннигиляции позитронов в источнике определялись путец ка-ибровочных измерений на образцах "бездефектного" монокремния, юликристаллического Но и последующей обработки СВЖП по програы-!Ш RESOLUTION и FOSITRONFITEXTEMDED. УРАФ измерялись НЗ СПеКТ" >оиетре 1Ш ЯФ при ТПУ с угловым разрешением % О.бырад и отноше-шем фона к счету -совпадений в максимуме спектра(Ж 0)) не бо-iee Калибровка углового спектрометра осуществлялась путем 1змерения УРАФ для поликристаллического М. монокристалла p-Si и тоследующей их обработки по программе parafxt. С этой же целью «мерялись УРАФ для высскоориентированного пирографита. Диапазон 1зменения углов(-12.5*-+12,5)мрад при юаге измерения УРАФ Д^=0,25 ¿рад, (-14.СН-+14.0) - при шаге Д0=О.5ирад. Для наблюдения магнитного тушения op'io-Ps (o-Ps) и определения параметров пара-Fa (п-Ра) использовался электромагнит, с максимальной величиной индукции статического магнитного шля в зазоре в2=±1Тл.

Для измерения УРАФ порошковых образцов был разработан и применен сорбшонный агрегат, который позволял создавать разрежение в вакуумной камере спектрометра р *10_3Па от атмосферного давления без применения форвакуумного насоса с масляным уплотнением. Преимуществом этого агрегата является возможность медленного ва-куумирования при размещенном на держателе вакуумной камеры порошковом образце без нарушения геометрии.

•

Во второй главе излагаются результаты исследования ваканси-онных дефектов в монокристаллах ионно-ковалентшя полупроводников йаАв, ваР, включая высокодефектный р-г^еР^, облученных электронами. Рассматриваются результаты мощного лазерного воздействия на монокристаллы ОаАа. 51 И Се.

Из анализа литературы, относящейся к изучению ростовых и радиационных дефектов в полупроводниках, следует: зарядовое состояние дефектов определяется положением уровня Ферми в запрещенной зоне; результаты изучения РД после низкотемпературного электронного облучения ваАз и баР свидетельствуют о тон. что ПЧД являются преимущественно вакансии галлия. чоа. которые отжигаются в диапазоне температур (77+500)К. Поскольку заданные свойства материала достигаются путем введения дефектных комплексов, а основные закономерности ЭПА в монокристаллах полупроводников используются при расшифровке спектров ЭПА поликристаллического В»г, то задачи второй главы диссертации формулируются следующим образом: 1. Путем анализа СВЖП и УРАФ идентифицировать вакадсионные комплексы. 'образующиеся в указанных материалах в результате электронного облучения при температуре Т=2Э5К. 2. Изучить возможности наблюдения макродефектов в монокристаллах полупроводников, подвергнутых воздействию высокоинтенсивнного лазерного излучения.

5брдзо§ащ?е_§аканс®ьшх._!соиплексдв__^ Ш?>Лп};Ш2)?3£^смГ?)_эле£дана® ЗМэВ. плотность тока

^5*10-:3А/сы2 и Ее=900кэВ.З=И.4*-1.5)*103А/см2). В первом случае облучение приводит к смещению положения уровня Ферми к Ег = (Еу+

1 *7 «о

0.67)эВ при Фе*10''см , которое слабо зависит от дальнейшего увеличения флюенса до Фв=2,4*1018сы~2.Скорость введения ПЧД(кон-центрация дефектов, создаваемая_ единичным флюенсом) при этом снижается. Наблюдаемые ПЧД - это примесно-вакансионные комплексы

(ШК>. уровни которых в запрещенной зоне СаАз локализованы ниже ег. измеренные при ргц<ш>, адекватны но дели ра1ш1т; для

исходного образца УРАФ описываются суперпозицией гауссизны. ШПВ Г'= 16.ЭЭ.фвд. и параболы с параметром (6.79±0, 02>мрад; в ре-?улктяте облучения вг уменьшается и выделяется третья - гауссова комл^пиЛЗ УМ<&. ■ „„.ср;;": _г™^™импает-

ся с флюенсом от (8.1±0.5)х (Фе=5*1016а.Гй) до сга.&-0.41~ ;*е -2,4х101<3а1"2) .СВЖП двухкомпонентны: величины т^гАЪпс и г2-ЗЗОпс не изменяются с флюенсом в пределах погрешностей (4+6)пс. а интенсивность 12 увеличивается с флюенсом до (38.3±0.1>* (Фе = 2,4 *1018сы~2). Квазитрехкоыпонентный анализ СВЖП (при ть=(235±5>пс) позволил оценить парциальные скорости захвата позитронов нонова-кансионнши ПВК. дивакансиями и соответствующие вероятности аннигиляции. Совместное рассмотрение параметров СВЖП и УРАФ позволяет заключить, что в результате облучения п-ваАз электронами при Т= 295К: Побразуются ионо-. т1у = 265пс. и дивакансионные комплексы, т1ч-3г0пс, в состав которых входят и 2)оценки концентраций свидетельствуют о том.что в качестве примесей, ехо-дякиг в состав указанных комплексов, наряду с атомами Те могут Фигурировать неко; .-ролируемыо принеси"и дефекты антизамеиешя.

Пострадиационный изохронный отжиг п-СиАг. облученного Ф^-10 -2

2.4» 10 °см с (рис.1), обнаруживает - более сложное поведение в сравнении с известными результатами, полученными при меньших величинах 4>е: на стадии "отрицательного" отжига <47>573)К образуются квадривакансионные комплексы (пу>4). Об этом свидетельствует выде-.еше третьей компоненты СВЖП. тэ= 1,79т измеренного после отжига при Т=573К. Парциальные вероятности аннигиляции позитронов, оцененные из квазичэтырехкомпонентного анализа этого спектра. Р11Г=(38±13)х. Р1У=(2±1)%. Р„„=(П*4)* - показывают, что

хвалривакансии характеризуются существенно больше.) сечением захвата, чем дефекты меньшего размера. Тот факт,что Ер в проиессе изохронного отжига не восстанавливается (по данным электрофизических измерений), позволяет предположить : в результате облучения электронами п-(ЗаАз и последующего отжига образуются стабильные дефекты, которым отвечают глубокие уровни в запрещенной зоне, и при этом они не являются ПЧД.

При облучении п-ваЛв сильноточным электронным пучком (СЭП) нэряду с ыоно- и дивакансионнши комплексами образуются более крупные вакансиовдые кластеры (ВК) (гэ = (592 + 596)пс, >6) : =(41 ± 9)х, Рау=( 10 ± 3)х. РВК=(Б ± 2)х.Это обусловлено мощным локальным энерговыделением и согласуется со сложившимися представлениями о термостабильности вакансий в ОаЛз. В облучен-

Рис.1. Зависимость скорости счета 2т-совпадений в малоугловой области УРАФ, И( 0), от температуры изохронного отжига П-СаАз,' облученного электронами. Фе=2.4х1018ал"? дг0= 10йин.

ны* электронами образцах не наблюдалось магнитное тушение о-Ра, что дополните ьно подтверждает приведенные результаты идентификации ПОСТраДИаЦИОННЫХ ПЧД в ОаАз.

Процессы образования ПЧД при облучении электронами образцов (ЗаР следуют указанным закономерностям.

характеризуется 17 -3

оысок&й концентрацией ростовых дефектов (8-10 см ). которым, в

ослскш-.и. отвечают незаселенные акцепторные уровни (Еу+0.66)эВ, поскольку Ег=(Е^0.48)эВ. ПЧД В исходной р-2п0еРг, предположительно, являются ыоновакансиошше комплексы (донор-У^). которым отвечает уровень (Еу+0,34)эВ. В результате облучения электронами Ер-(Еу+о.9)эВ и ростовые дефекты становятся ПЧД наряду с РД.Ана-пи-ттш!«, тгжыгя (сис. 2) позволяет сделзть за-

ключите: доминируткке рис гонке г г-- пи.

укрупняются при отжиге. а затем диссоциируют. Меньше величины Н(0) и смещение стадий изохронного отжига для образца, облученного Фе=ю'9см-2. в область более высоких температур свидетельствуют об образовании кластеров ПВК. чему способствуют амфо-тесные свойства бе.

Рис.2. Зависимость скорости счета 2г--совпадении в мзлоуг-.10вой области УРАФ от тетпера-туры изохронного отжига р-гпСеР2, облученного электронами: 1 - = Ш13см~2; 2 -1019см~2; "¿и. .МОиин.

Воздействие 30нс импульсами рубинового лазера (плотность мощности 2.10%т/см^) на монокристаллы п-ваАз, р~Се. р~31 приводит ■; образованию в их объеме микропор с размером в несколько десятых нм (наряду с трещинами). Это обнаруживается путем наблюдения Рз: при рг||<Ш> магнитное тушение о-Ра приводит к увеличению интенсивности узкой компоненты УРАФ. а при ря.0<ЮО> - :: сглаживанию характерного минимума УРАФ (бимодальности) в малоуг-

ловой области.

В третьей главе диссертации приводятся результаты исследования процессов ЭПА, реализующихся в образцах синтетического цеолита Нам. включая цеолит, в каналах которого стабилизированы кластеры полупроводника - селена (М-Бе), Вследствие регулярности структуры композиционных материалов - цеолитных матриц, содержащих кластеры контролируемых примесей - такие объекты рассматриваются в контексте данной работы в качестве модельных по отношению к поликристаллическому выг. содержащему микропоры и сегрегированные примеси.

Параметры порошка Нам. исследовавшегося нами: кристаллиты с размерами (1+5)мкм конглсмерированы в частицы с размерами (5*20) мкы. и-Яе получался путем адсорбции ве из пара дегидратированным цеолитом. Результаты количественного рентгенослектрального анализа свидетельствуют о том. что лишь одна цепь йе стабилизирована в канале цеолита. П аыетры УРАФ, измеренных для ИаМ и для н-(рис.3) существенно различаются (относительный объем каналов; доступный для атомов 2е, не превышает 15«): в первом случае УРАФ адекватны модели РААСПТ, во втором - РАйдухт. Для п-ве. в отличие от Нам, не наблюдается сужение УРАФ при наложении статического магнитного поля. Анализ зависимости параметров п-Рг от природы адсорбата свидетельствует о том. что Рз в Нам образуется в приповерхностной области каналов, а наблюдаемые эффекты обусловлены его локализацией в больших каналах с размерами (0,67*0.70) нм. Параметры эквивалентного Рз (по отношению к Рз в вакууме), определенные в ранках модифицированной теории магнитного тушения Хапперна: с,;С.7&-0.88: «'=0.200.21 <«= 1*40) 12/1*0<ОН 2- относительная контактная электронная плотность. *о<0> и волновые ■}),.: нии Рз в вакууме и Рз в среде, соответственно; <*' = дя/{ди)0-

фонсменологический параметр. учитывавши влияние среда на уменьшение энергии сверхтонкого взаимодействия, ли, локализованного Ра). Величины а и а' свидетельствуют о "разбухании" пространственной волновой функции Ра. объясняют аномально сильное магнитное тушение о-Рз в МаМ и предполагают высокую чувствительность параметров УРАФ к физико-химическим свойствам адсорбата. Этому

rtHn.utJuttiibt ______! Г;

составляет (27+31)*.

1ГГЛ ПВППШтд.

1 a uut4.wvw>

•Vi о»

¿о

•. ....... 2

Рис.3. УРАФ, измеренные для образцов синтетического цеолита тила морденит при Т=295К: для дегидратированного ЫаМ, В^О (1). О.вЗГл (2): для м-5е (3).

измерены полные УРАФ.

0 2 4 6 8 10 12 ё.мрад

ШПВ-УРА*. измеренных для м £-. Г,,.г='9,Э0±0.05)мрад. оказывается меньше (3,4^0.1)мрэд и больше Г1хг= (9.0^0. И мрад. определенных для тригонального (t-Se) и аморфного (a-Se) селена. соответственно, в работе И]• Это согласи =тся-с представле-шми об искажении структуры цепи Se в м-Se по отноиетаю к цепи Se в t-Se в соответствии с приматом суперпозишм атетрш"? Кюри. Анализ параметров трехкомпонентного разложения УРАФ (суперпозиция двух парабол и гзуссианы). измеренных при Bz « 0 и в2 = О.ВЗТл, показывает: в M-Se параметры УРАФ определяются pick-off ошдалшиией. окислением Р= атомами цепей Se и их дефектами типа

Бе+Х(х- эффективный заряд). Такие дефекты возникают в результате координации атомов Зе с немостиковши атомами кислорода диэлектрической матрицы. При диспергировании атомов За в полости цеолита ЫаА, характеризующиеся диаметром 1.14 ш. образуются кластеры Бе с замкнутыми ковалентными связями. Это является причиной ненаблюдаемости эффекта окисления Ра. характерного для м-Бе и. кроме того, обусловливает дополнительный канал образования Ра в А-Бе - путем рекомбинации позитрона и электрона кластеров 5«.

Четвертая глава диссертации посвяшена изучению биографичес-

ких и пострадиационных дефектов в лоликристаялическом внг.

Анализ литературы показывает, что наиболее достоверные и согласующиеся между собой данные о дефектах кристаллитов выг получены методом ЗПР. Мы используем данные ЭПР и результаты измерения спектров диффузного отражения в качестве дополняющих при расшифровке' спектров ЭПА.

йЗИ£ще_а®201£0ШИ_-^АФ^_а_тж:ке_вдаящ __и

Е2_Ш_П§Е§И§1Ей_211А_В_ПЛ&£аеИ_ПШ (плотность р=( 2.102.251Г/см-3, рентгенографическая плотность вн =2.28 г/си ) позволяет идентифицировать каюлы аннигиляции позитронов в образцах в«г. Плотный ПНВ характеризуется: а) наиболее узкой текстурной функцией, ГШИШ ^,00,^20°: б)градиентом концентрации углерода и трехборных парамагнитных центров, связанных с примесью углерода (ТБЦ(С)), по толщине образца. Поскольку толшина ПНБ =50Сыкм и 95% позитронов, испускаемых источником г2Ыа(/?+,>-) на стеклянной подложке, терма-лизуются на глубже (430±20)ыкм. то процессы ЭПА должны различаться в двух комплементарных объемах образца: в приграфитовом объеые(1>, ограниченном приграфотовой поверхностью (ПНБ получался путем химического газофазного осаждения на графитовую поверхность) при инжекши через нее быстрых позитронов и профилем им-

плантации тррмализованных позитронов; в объеме (2> - при инфекции позитронов через поверхность, лротивопошшую криграфитовсй.

Вымороживглше носителей с лонсрных уровней, уменьшение длины диффузии позитронов при Т=85К приводят к уменьшению концентрации 1Г1Л На УРА*. измеренных при pJ!c . наблюдается TO>ani излома (рис.4). Высокотемпературное облучение электронами (Т=443К при

Г m - ,n—/-.I -1 nrnronmrr *•• попопни-

" w ' ' »5

тельному уменьшения концентрации ГГЩ (при Т=В5К) вследствие введения глубоких уровнен в запрещенную зону вн . ионизации и-отжига донорных уровней. Точки излома при углах и хорошо согласуются с величинам импульсов на краях первой и второй зон Бриллюэнэ ВЫГ ic учетом возрастания разориентации кристаллитов по мере удаления от приграфитовой поверхности). Точка излома при <%=( 3. II0,1)мрад на УРАФ( 2), измереннсм для исходного образца при вь=1Тл. обусловлена аннигиляцией делокализованного Ре. Зто

свидетельствует 'о наличии в объеме (2) кристаллитов BNr с кон-

1S -3

цептрзцией точечных дефектов <10 см и позволяет оценить рззо-риентанию осей с таких кристаллитов относительно pz: ~ 28.6°■

Сравнение анизотропии УРАФ yi комптоновских профилей (KII) ГПТБ (рис.5). опубликованных в [2]. показывает: вклад актов аншггиля- • ция тегмаДизованных позитронов л "-электронов в УРА''.1 ионно-копа-лентного выг качественно проявляется rai: so ksk и в случае кова-лентного графита. Ионность "-связи в BNr обусловливает то. что особые точки при проявляются слабее, чем з графите. Вклад процессов ЗИЛ на дефектах лолихристаллического материала при Т= 29SK приводит к ухудшению совпадения нулей и экстремумов анизотропии УРАФ и КП.

СВЖП, измеренные при Т=235К для исходного и облученного электронами материала, содержат четыре компоненты. Это свидетельст-

Рис.4. УРАФ? измеренные для плотного ПНБ при температуре образца Т=85К. ри|1а ~ рг||с - (2*5): 1- для исходного образца; 2-для пригра-фитового( 1) и комллементэр-ного(2) объемов исходного образца; У - для объема 2 исходного образца при 1Тл; 4- для объема 1 образца. облученного электронами. Фе = 1015 см-2; 5 - для объема 2 облученного образца. Фе=1018см~2.

измерены полные УРАФ.

Рис.5. Анизотропия УРАФ. полученная для плотного ПНБ при Т=8£КС») и при Т=29ЕК(*) ; анизотропия КП. полученная в

.работе С2] при ТООСК (-----

ординаты умножены на 10).

вует о захвате позитронов ионовакансиошыыи ПВК и биографическими ВК в кристаллитах <Р1Л,= (Э-14>х. Рак=(4ЭМ2)х). а также об ан-

(пштщш из Ра состояний. Существенной особенностью процессов шигиляции из Ра состояний о плотнен ПНБ является их каскадная эдрода: ссразоватю-окислипш Рз. Следствием этого является то. 1« тасактеризуююшея Г„а={ 10.14-»-10.6Б)мрад. соответству-

г сигЛ. соц^ггг!!!® та-« г™*»»!««!., ~""'япная интенсивность эторых (13+1^)=( В облучешюм биотип п

зйтронаии (1.4*1015+1,5*1020см~2) плотном ПНБ доминирует захват эзитронов давакансиши (Ргу= (4&-б2)*>. рвк= (7+30)»). средние ззмеры пострадиационных ВК превышают размеры биографических ВК. ¡ггенсивность о-Рз компонент СВЖП резко уменьшается с флюенсом ейтронов. Указанные изменения в спектре ПЧД обусловлены введв-ием пострадиационных акцепторов электронов и ПМЦ (двухазотные ентры (ДАШ. локализованные на краю оборванной базовой плоскос-и, и их пэры) в вы

Пострааиащонные_аефекту_в^^

3

/Ш_1^_05даУШЛ0И_бйсХЕШИ_нейТЕ0иами_^^1_И__нейтронами__Ееак^

ЗЕНЙСй-СОёЯШЗ-У&р' • В исходных образцах с высокой вероятностью ■бразуется Рз. Р,.,* 40«. Это коррелирует с тем, что. в отличие 'Т плотного ПНБ, коммерческий характеризуется ипгглетной линией 'ПР. Причиной, обусловливающей указанные результаты, является 1Ысокэя концентрация ПВК и ВК, который отвечают заселенные иел-:ие донорные уровни в запрещенной зоне ВН . Ра, наблюдаемый в ;оммерчеосоы ПНБ. является "разбухшим", о чем свидетельствуют ¡еличины параметров 1, а' < 1. Так же как и в Нам это определяет высокую чуетбительность параметров аннигиляции из Рз состоя-шй к изменению электронно-акцепторных свойств материала.

В результате облучения ПНБ нейтронам УРАФ уширяются с ростом флюенса (рис.6), а при наложении статического магнитного попа наблюдается дополнительное уширение УРАФ. При Г1У, < 7,7СЦрад

(Фр=&< 1018си~2) УРАФ адекватны модели раасргт, а более широкие УРАФ адекватны модели раяакхт. Так же как и в плотном ПНБ в коммерческом ИВ. облученном нейтронами: а)наблюдаются ДАЦ и их пары; б) с увеличением флюенсэ в спектре ПЧД доминируют дивакансии (для Фб=2.5*1018са~2. например. Рг„=(64гП)х. РВК=(7±2Ж>^»скорость указанного процесса меньше, чем в случае плотного ПНБ. что находится в соответствии с соотношением концентраций и спектров биографических ПЧД в сравниваемых материалах.

Рис.6. УРАФ? измеренные для коммерческого ПНБ. облученного . быстрыми (Фб) и реакторными (Фр) нейтронами при вг*0(*). В^О.З^л^), Т = 295К: 1.2 - Фп = 0; 3.4 - Ф = 8*1018сн~2; 5.6-Фб=2.5* 1018см~2; 7,В -г Фп=1.3* 1020см-2. Р

«-измерены полные УРАФ.

г 4 5 $ Ю (2 в, мраЗ

Изохронный откиг в вакууме (М,0 = ЭОмин.) облученных нейтронами образцов показал, что ДАЦ отжигаются в диапазоне температур (37ЭЧ473Ж, при температурах (147>1573>К вместо пятикомпонент-кого спектра ЭПР наблюдается синглетная линия, а с ростом температуры отжига монотонно проявляется разрешенная десятикомшнент-ная сверхтонкая структура ЭПР, отвечающая ТБЦ(С). При флгсенсах.

превышаюшх Ю^см"2 на стадии отжига <157>21?3>К увеличивается концентрация ТБЦСС). При температуре отжига 242Ж не наблюдав я полного выведения ТБЦ(С) .Параметры СВЖП. измеренные после отжига при Т=723К, 1473К и 2000К облученного ПНБ, свидетельствуют о

восстановлении параметров процессов ЭПА. Однако, в отличие от

— ?

"""¿«¿«и г Слученном ($£-2.5*10' см ) и отожженном <Т= 20000 наблюдзится за^нат ч янти,.::.—я дивзкан-сиях, а не в моновакансиях. При этом, как и в исходила и-:т<?г,и„ ле, большая часть позитронов аннигилирует из состояний, локализованных в ВК, Параметры УРАФ, измеренного для такого образца, свидетельствуют о том. что в результате указанных воздействий в коммерческом ПНБ уменьшается средний размер ыикропор при некотором увеличении их концентрации.

Анализ данных ЭПА и ЭПР позволяет сделать заключение: эффект аномального магнитного тушения Ра - ушрение УРАФ при наложении статического магнитного поля на облученный нейтронами ПНБ- является результатом неаддитивного действия конверторов и окислителей на смешанные состояния -Рз.

СС1ЮВШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

ОбЛутгле электроники (Е^г.ЗМэВ, J = 5* 1С~3А/сыа. Т=295К>

16 -3

п-ваАв с низким уровнем легирования («Те>, о]- п+г><ю см ) приводит к образовании моноеакансяонных комплексов примесь-а также дивакансионных комплексов УоаУдв ■ Эти трсшссы обусловлены подвижностью V в условиях облучения и являются причиной резкого уменьшения скорости введения !Щ при флйексах ( 5*!01Г' * 5*1017)сы~2. Аннигиляции позитронов, локализованных в мояоввкая-сионныг комплексах, отвечает т,у=265пс в СВХП и уменьшение параметра параболической компоненты УРАФ. измеренных при рв|<Ш>.

Дивакансионные комплексы характеризуются Tav=320nc и гауссовс компонентой УРАФ, Г*=8,7Э.фад. В процессе изохронного отжига о( раздав, облученных Фе=2,4*101еаГ2, наблюдается стадия "отриш тельного" отжига в диапазоне температур (473*573) К. обусловле! ная укрупнением вакансионных дефектов до nv> а. Полный отжиг № имеет место в диапазоне температур изохронного отямга( 573+723)1 При облучении n-GaAs СЭП (Ее=90С1кэВ, j=(1.4+l,5)*lQ3A/cH2) нар! ду с моно- и дивакансионнными комплексами образуются ВК, nv > ( Магнитное тушение o-Ps при этом не наблюдается.

2. Процессы дефектообразовашя в GaP при облучении электр< нами протекают подобно тому, как это наблюдается в GeAs. В pi эультате облучения электронами p-ZnQeP,, тройного изоэлектроннс го аналога GaP. характеризующегося высокой концентрацией рост< вых дефектов (8*1017см~3, (EV+0,6B)3B). последние становятся IF наряду с РД вследствие смещения Ег к середине запрещенной зон (Еу+о,9)эВ. Анализ изохронного отжига показывает : доминирующ ростовые дефекты в p-ZnüeP^ - ВК, которые при отжиге укрупняйся, а затем диссоциируют. Немаловажную'роль в процессах отжм играют амфотерные свойства атомов Ge.

3. Феноменологические параметры, характеризующие отличие Р наблюдаемого в МаИ. по отношению к Ре в вакууме : <а = 0.75*0,6 а'=0,2(^0.21 - свидетельствуют о конкуренции процессов самоани гиляции связанной электрон-позитронной пэры и аннигиляции пози рона пары с электронами среды. Это обеспечивает высокую чувств: тельность параметров ЭПА к физико-химическим свойствам адсорб та. Так, например, в МаИ на кислороде наблюдается орто-пара ко версия Ps. В м-Se наблюдается окисление Ps. Регулярность стру туры цеолитов, полости и каналы которых содержат кластеры ко т( тируемой примеси, позволяет рассматривать процессы ЗЛА, име

мйсто я гаг. как иоделирукшио иодобнш процессы в поляк," ис-гатм чес к их диэ т-к т 1 да ах.

4. Резульгаш изучения анизотропии УРЛФ. изкерегашх для Ыишвго ГОШ ¡¡г» Т--05К и Т=2Э5К, покэзюают, что при низкой т?и---ро-гупй болыяая часть позитронов анниги/мрув: из кзазисзобос««

Г? ЕИ__ПШПВ СИр0~

:ой компоненты УРАФ при р^Цс. отвечающей, к «пта.лип

ш квазисвободных позитронов и "-электронов вн оценивается еличиной 14,Смрад. По мере удаления от поверхности осаждения лотного ПНБ увеличивается разориентация кристаллитов откоси-елыю направления наблюдения. Оценка среднего угла разориентэ-ии гексагональных осей совершенных кристаллитов, полученная по есовпадешм экспериментально наблюдаемого гака дедокализсвзкю-о п~Рз и теоретической оценки его положения, составляет «=58.6°.

5. Об пучение ПНЕ электронами (Ф = ]018см-2), нейтронами при-гузгг к уменьшению концентрации ПЧД. С увеличением флюенса нейт-эноа (( 1,4-'.О15 - 1.5« 10го)см-2) в спектре ПЧД доминируют дива-:тсш. Заеиаплость от величин р степени компенсации биогра-

лонооов - моновакансионных ПБК и ВК - определяется их ;нцг-нтрацией. Перекрытие каскадов смьшгтгтй и локальный отжиг уд действием продуктов .ядерной реакции 10В{п,с.)'ги1 замедляют :азанзшй процесс.

6. Локализованный Рз. наблюдающийся в коммерческом ПНБ, яв-¡ется "разбухшим" в сравнении с Ра в вакууме, как и в НаМ. Издайте параметров аннигиляции Рз в результате облучения матери-га нейтронами свидетельствует о неаддитивном действии конверто->в и окислителей на Рз, В результате отжига при 2000К выеодчтся цепторы электронов и меняется тип ПМЦ. Восстановление параметре УРАФ и СВЖП является при этом иеполтэд. Параметры п-Р» сви-

детельствуют о том, что облучение ПНБ нейтронами и последующий отжиг приводят к увеличению концентрации микропор и уменьшению их среднего размера.

Цитириуеыая литература

1. The Positron Annihilation of Trigonal, «-monoclinic,Amorphous and Liquid Selenium/M.Matsura, K.Itoh. T.Honda and K.Suzuki// Proc.of 5th Int. Conf. on Positron Annihilation.-1979.-P.889+

892.

2. Tyk R., Felateiner J., and Gertner I. Compton-proflie anisotropics in Graphite and Hexagonal Boron Nitride// Phys.Rev.B. -1985.-V.32,Nu.4.-P.2625+2627.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Positron Trapping at Point Defects in Electron-Irradiated GaAs/V.N.Brudny 1,A.D.Pogrebnjak. Yu.P.Surov, and A.S.Rudnev// phxa.stat.sol.(a).-1989.-V.114.-P.481*489.

2.Positron Annihilation in Electron-Irradiated p-ZnGePa Compo-und/V.N. Brudny i, V.A.Hovikov, A.D.Pogrebnjak.and Yu.P.Surov// phys.stat.sol.(a).-1984.-V.83. -P. K35-S-K38.

3.Pogrebnjak A.D., Kusnetaov H.F., and Surov Yu.P. Observation of Positroniun States in Strongly Damaged Semiconductors// Phys. Lett.-1984.-V.105A.-P.69+71.

4.Arefiev K.P.,Boev O.V., and Surov Yu.P. Positron Annihilation Processes in Mordenite Samples // phy3.stat.sol.(a).-1939.-V. Ill.-P.K243+K248.

5. Interaction of Selenium Clusters with Zeolite Matrices A and M/K.P.Are^iev, O.V.Boev. P.V.Kusnetsov and Yu.P.Surov//Cryst. Res. Technc,l.-1939.-V.24.Nu. 11.-P.K197H-K200.

fi Ai<sfiev K.P., Lopatin V V . , Surov Yu.P. Macroatructure of Pyrolytic Boron Nitride/ZCryst Res Technol.-1988.-V.23.-P.401+403

7 Alefiev K.P., Lopatin V.V., Surov Yu.P. Macrodefects oí Pyrolytic Boron Nitride//phya.stat. sol.(a).-1986.-V.98.-P.K27 + K32 .

" ;o»o«.UD пиоонитридз бора методами ан-

НИГИЛЯЦИИ позитронов И pCirrreKGCIPTKT'/PHOrri ' п

Арефьев. 0.В.Боев.С.А.Воробьев.Г.А.Дергалева.В.В.Лопатин.В.Э. Приб.Ю.П.Суров //ФТТ,- 1984. - Т. 26. в. 10. - С. 317Э018Э.

9.Application of Pyrolytic Boron Nitride in Fasion Devices/O.I. BuzhinskiJ, I.V.Opimakh, A.V.Kabyshev, V.V.Lopatin. Y.P.Surov //J. of Mucl.Hater. -1990. -V. 173 .-P. 179<-184.

10 Дефекты и структурные изменения в нитриде бора после облучения нейтронами / 0.И.Бужинский. А.В.Кабышев. В.В.Лопатин. Ю.П.Суров // Радиационное материаловедение: Труды Международной конференции по радиационному материаловедению, Алушта, май 1990 - Харьков. 1391.-Т. 10.-С.78*85.

И Postradlation Defects in Neutron-Irradiated Pyrolytic Boron Hltrld« / A.V.Kabyshev,V.M.Kezkalo, V.V.Lopatin, L.V.Serikov, Yu.P. Surov. and L. N . Sliiyan//pbyз. stnt. sol. (a). -1991.-V. 126 . -P.K19+K23.

12.Пострадиздаонные дефекты в облученном нейтронами пиролитиче-ском нйтрйде бора / А.В.Кабышев. В.М.Кецкало, Ю.П.Суров, Л.В. Сериков,Л.Н.Шйян//Порошковэя металлургия.-1992. -N-8.-С.27+31.

П.Кабышев A.B.. Лопатин В.В.. Суров Ю.П. Влияние отжига на диэ- 7

лектрические свойства облученного нейтронами пиронитрйдэ бора // Неорганические материалы.-1991. -Т.27.н- и.-С.2312*2317.

14.Суров Ю.П. Механизмы формирования спектра позитроночувстви-тельных дефектов в пиронитриде бора // 8-я конференция по радиационной физике и химии неорганических материалов : Тез.

докл,- г.Томск. 19ЭЗ.- Ч.2.- С. 102. 15.Кишкина Н.К., Лопатин В.В.. Суров Ю.П. Способ поперечной р> ки трубчатых заготовок из хрупкого расслаивающегося натер» ла//А.С. СССР, N-1636223, 1990, приор.29.07.88.

Подписано к печати II.II.95.

Заняв Ё 895 . Тирах 100ака.

Ротапринт ТПУ.бЗВДЗ^, Томск, пр. Ленина, 30.