Радиационные центры окраски и рекомбинационная люминесценция в кристаллах со структурой граната тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

, с:-

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ

Па правах рукоплса

КУРБАНОВ АБДУЛЛА МАМАСОАТОВПЧ

УДК 535.34, 539.12.04

РАДИАЦИОННЫЕ ЦЕНТРЫ ОКРАСКИ И РЕКОМБППАЦНОЦПАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ В КРИСТАЛЛАХ СО СТРУКТУРОЙ ГРАНАТА.

01.04.07 — фзгаика твердого тела

Автореферат диссертация на соискание учёной стгпеяя хаадидата фшзю-иатеиагетесквх я&уж

ТАШКЕНТ - 1ЭЭЗ

Работа выполнена з Институте ядерной физики АН РУз

Научные руководители: доктор физико-математический наук

АПУРОВ М.Х,

•кандидат физико-математических наук РАКОВ А.Ф..

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

ГАСАЕОВ Э.Ц.

кандидат физико-математических наук СШЯМАНОВ С.Х..

Ведудая организация: Научно исследовательский институт

прикладной физики при ТаиГУ г.Ташкент

Г ^0

Запита состоится: ИФМкЗ 1333 г. в часов на

заседании специализированного совета Д 015,15.21 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук в Институте ядерной физики АН РУз. по адресу: 702132, Ташкент,Мирзо Улугбекский район, пос.Улугбек.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке Иститута ядерной физики АН РУз.

Автореферат разослан

О^У^З 1993 г.

Ученый секретарь У/"'

специализированного "света;

доктор фкз-маг. каук, професбо'^ ИСМАТОВ Б. К

Введение

Актуальность. Широков применение лазеров во всех областях науки .и техника ехкиухирует разработки эффективных т. зрных сред да освоения новых спектральных диапазонов генерации,повьшгания выходных характеристик лазеров, создания на них основе приборов и устеновой различного назначения, способных работать в самых разнообразных условиях. Несмотря на больиоэ количество известных в настоящее время аотшннх ерзд, янаь нешогиэ из них получили широкой применение. К иг числу относятся кристаллы У^^-О^-д/й/ (ЯАГ: У/3*) л (1а\5г2И.а301г-Сг М СГСГГ: ¿'/\ гЛ/3*).

Однако каздый из этих материалов параду с прзицуществаыи иигет и недостатки. Так, грекрасныз теплофяэические характеристики КАГ: л/г/ позволяет создавать высокомощные яазорныз устройства, ко с к.п.д. не прзЕьгаащнм 1,3 На кристаллах ГСГГ: С г , Не] удалось увеличить зтет параметр в 2-3 рала, но низкая топлопроио-дмуость этого мзтэркала на позволяет поднять вкходнуъ мозщссть.

Очевидно,что парспектаяшы направлением з разработка неоди-мовых даззров на оь .на олтичееккг плотных ерзд является создание кристаллав,удзчно сочетавших в себе тапяофизическио и спектрально-лзыничеззжнчэ свойства и ексокуй технологичность. Эта задача бнза рз=ена,напрцизр, путем замены иоксв 0-а на А в кристаллам ГСГГ иди частичной заменой исноб ,1с на 5с в кристаллах «1АГ, У синтезированных таким образом кристаллов грдиатов "¡^Ь^^Л^ СГС^Г) (¿¡ЗДГ) величина те: тспроводноети в 1,5 раза

шше чаи в ГСГГ, а а.п.д. в 2-2,0 раза прогаза л отот параметр у 11АГ. Из других гранатов йриеталяа С а, Оа/^ ^/г (КНГЛ атлмчеттгз болга шеокой технологичностью и относительной деяе— злзной сырья.

с теи.пробдеггэ ухудпгэншг характеристик лазерных уст-

ройста при воздействии внешних факторов, в той числа и радиации определяет необходимость проведения исследований «направленных на выяснение и устранение причин, вызывающих снижение радиаццонно-оптической стойкости грана*а и ухудиент генерационных характеристик лазерных устройств, подвергающихся воздействию ионизирую» цях излучений.

/спешное решение таких практиг свих задач вовет быть достигнуто на основа изучения процессов,протекающих в кристаллах при воздействии ионизирующего излучения. В »той связи иэучаниэ природы радиационно-стицулированных центров окраски и евзчзшш запасания в преобразования внергаа излучения» вкясшния роли прн-гасей в образовании рада оционно-стшулиро ванного центров окраска является актуальный а представляет интерес на только для пониыги» иня причин радиационного изивнэдва тех или кныг характераетщ. граната, но и способствует накоплвшш цштш: дшшых об оптшхзс-хлж и физнко-хшнчесхах свойствах и&?ериала,игпользвшшв кого-рак открывает возшгноеть авдучшш кристаллов с зедалныш

СВОЙСТВШИ.

В последние годы зн&тсзельыс возрос шггорее б едгчашэ £ кристаллических оксидных алзктрошьс козбуидеикк. Зго обусловлз-но теи.ч^о посязднаа итрагя зыалитальяус роль в протасеяна циоыш^сзвдухяроЕашаа процессов. В частности, ЯЕлеше автогсЕй-жвзацио влек? ровных возйуадеаа&, одзвдае иэ«о в вриеталлачесхях >гат9£1на гз? зарадогаезг процессы сараиоса заряда к дефекташ уаааа кристалла в передачу знзргиы вазбувдеяая к. авхиваториын Цеитраь». '¿ТО хорею тугвШб В ТШШХ ДОДвЛЫШХ сбвд£НвШ!ЯХ»1ШС

¡челочао-гвлочдиш кристаллы (ЩГХ). & ааежадтв годы иозшЕкасть и уу^ гру/ш ущпшг^ш дырок и в кантонов установлена. в ряд® азщсыых црюсталлоя#хвхих как Мд 0 # Л/. «. У/НЮ*. , а де-

ре». Раззгме®гсж,дажгчшн8 информации с рядиямчокнь-егаиуяЁро-'

манных процессах в а да ¡странной подсистема других оксидов является важный и необходимым как с научной точки зрения для усте» новлэния общих закономерностей,так и в практической отыоаенкн для управления аптическиии свойствами иатериала.

Даль и задачи иссладования.Исходя из вшюеказакного,цехью настоящей работы было исследование радиационно-стимуянрованных центров окраски и собственных электронных возбуждшпй в сложных оксцдных кристаллах ГСАГ, ЙСАГ и КНГГ.

Поставленная цель достигалась решением комплекса задач, аключояцих в себя исследование механизмов окрагшвания и свечения при внешних воздействиях (ионизирующие излучения, териохиыичес-кие обработки), изучение роли собственных и примесных дефектов в образовании центров окраски,изучение роди дефектных состояний решетки в образовании фототропных центров,изучение собствэнной явмшесценции гранатов и процессов переноса зарода и энергии в них.

На защиту выносятся :

1. ¡¡»одели со ост ванных и примесных радиационных центров окраски в кристаллах гранатов.

2. Модель преобразования хромовых центров как фактора снижения радиационной окрашиваеыости гранатов при Г=300 Е.

2+

3. Модель фототропного центра в кристаллах ГСАГ -Мс^ ¡'г1 н механизм его образования.

4. Утверждение о собствэнной природе коротковолнового скачения в кристаллах гранатов.

5. Цаханиэы возбувдаиия щегашторной лпиинвеценции в кристаллах гранатов в рэкоцйиняционных процессах.

Научная новизна :

I. 4аентифицированы примесные и собственные дефекты структу-

ры, образующие центры окраски в кристаллах ГСАГ,ЛСАГ и .йЯТ.Показаны причины радиационного онрагшваная • • указаны способа оё устранения.

2. Установлена роль -.дтиЕаторшх хромовых центров в механизме радиационного окрашивания.

3. (Определена природа фототропнкх центров и ыеханизм их образования при синтезе и тершобрботках в различных атмосферах.

4. Определена природа центров свечения, проявляющихся в фото-, терыо- и гамма лшинесцанции. Дредлокены соответстаукциа кодэяи центров, объяснявшие механизмы возбуждения, излучения I: туоения свечения.

5. Остановлен собственный характер коротковолновой лшинес-ценции и предложена зксэтодаая модель для объяснения природе её возншшошния.

6. Преддоган механизм Еозбуадзния акткваторной радиолзэьшнес-ценции,основанный на экситонной передача анергия.

Изактическая ценность.

Экспериызнгальныэ данные абсорбционных характеристик ГСАГ-, >14 , йС.&Г- Сг , //л/ и ШИТ- 0г , л'{г/ применялись ддя определения нормативных данных по радигдцояно-оптаческой устойчивости активных ц пассивных элемантос квзнгоЕкх генераторов к усилителе?» »необходимых при их паспортизация. Результаты исследований «окно использовать при управлений оатичгскпзл поглощением фото-трапшх центров и выборе оптимальной концентрации хрома при вк-рацкланна кристаллов ГСАГ- Сг, ц/а , •САГ- Сг , ыЯ и КЫГТ- ¿К^,

Оаублаксватше работы по иатериалаы дшссартацкк приагдакы пссхв.з&кпгаекзв х.. шводоб.

АпррЗапкя работы, Осдавше результаты днссеррацка докгада-вадись и обсуядались ив Восьша всесошном селитра по рассевни» агошьх ч&стец с поверхности твердого *йга«/1ерш2,.198с/*Седь«5й

всееовзной лснфэренцли по "Радиационной физике и химии неорганических материалов. /Рига,1989/, II республиканской конференции "физика твердого тела и новые области ез применения.^Карагакдаг 1990/«Мзздународной конференции по радиационному катерн?.ловеде-шаз /ХярькоьД'лО/,1 региональной кскферещип республик Средней Азии и Казахстана по "радиационной физике твердого тзла"./Самарканд, 1991/, ГЬ.::дународнои симпозиума "¿кипшецентныэ детекторы и преобразователи ионизирующего излучения ДШДШГР-91 А .га, 1991/.

Публикации и личный вклад автопа. По иаториалаа диссертации опубликовано 15 работ в научных куриалах и сборниках. В работах,нвлисашых в соавторе-, за, автору принадлежат основные экспериментальны® исследования, участие в сб-сузденш и илтврпрзтадаи получении;: результатов,а токае выводи, иэлояекцкэ с диссзртбцпи а привэденшгэ а автореферата.

Объем и сттулггуея тботк. днссертеция состоит из вгадгашя. пяти глав, выводов и содержит 'ИЬ страницы ызжяопапного гекета, 34 р'дсунт.,! таблицу,список литературы из 142 наименований.

Содержанке рсботы

Бо вездении дается обошоваяга актуальности гыбренной тсна, кзеаггвтек цель работы, ее научная новизна, сацшцазшэ подохшая.

В нзэвоП гдавэ обзорного характера кратко описями кр^стал-лачаслая структура, спектроскопия.радвациаино оптические.фототроп-ннз свойства и себстьенкоэ «тачанке кристаллов ео структурой граната, ерэди которых в настоящее вреьш нааболэа изучаиы кристаллы состава У3 Ай5 (¿1АГ), 0)г (ГСГГ),

и (ГГТ). Основное вигман!?!? уделено рассеттронио природы центров окраски и лгвамесценцш:» обусловленных собетгозныии а прааевава дзфеггсыи.а тагяе природой обраэогааил фототропнвг центров в гриетаязаж МДГ и ГСГГ.

Сделан вывод.что несмотря на систематичность иссладова.-нш проявления центров окраски и роли примесных и собственных дефектов,нет единого шеаая на природу образования радиационных центров окраски и свечения -asa в наиболее изученных кристаллах НАГ.ГСГГ и ГГГ. Боле того,изменение ионной подсистемы кристалла приводит к изменения и его влектронной подсистемы, на возбуждение которой вдет большая часть анергии подводимой радиацией к кристаллу. Исходя из втого следует зшслпчить, что автоматическое перенесшие известных свойств одних кристаллов для описания отклика на внаанее воздействие других кристаллов не всегда оправдано.

Зо второй главе изложены характеристики исследуемых кристаллов и изтодики эксперимента,вкявчаэдие изучение спектров поглощения в области 200-2500 ни, при Т=77-300 К, спектров наведенного поглощения образцов,подвергнутых воздействия облачения к окислч-тельно-восйТановительных термообработок, спектров люютесцеацха при фото-урамиа-, терыо- возбуждениях,кривых термовысвечивания ъ области d0-«600 К и термо- и фотообвсцеечивания ^'-облученных кристаллов.

¿ третьей, главе рассмотрено образованна радиационных центров окраски и влияние центров окраски на лкшчивсцэнтиьа свойства, кристаллов ГСаГ.ЖАГ а КНГГ.

л.ад даЯстБИви ионизкрукцего «здученил.ати кристаллы приобретала окраску характеразувщусся сложной полосой наведенного поглощения з области ¿00-900 ни, аалягЕдейся,как правило, суперлоэи-ахзй нескольких полос.

В кристаллах ГСЯ1 интенсивность полог гацыа-йаведешАсго поглощения пра 290, 350 и 500 ни возрастает при добавлений принеси Се?* дли после отжига в вакууме, а уиеньааэгса при тершобработ-

г•

ач на воздухе. Учитывая, что при добавке пр»—«вск образуется вахшеиа кислорода для зарядовой компенсации, трехполоск&к

структура наведенного поглощения может быть обусловлена оптическими переходам в Р подобном центра. При обработке на воздуха кислород входит аз газовой среды в обгоу кристалла и залечивает существующие анионные вакансии,что и приведет к умень_знию наводимого 3" -излучением поглощения. Полоса в спектре наведенного поглощения при 420 нм у образцов ГСАГ возрастает после термообработки на воздухе, что дает основание предполагать ее связь с О" - центром около катионной вакансии. Спектры /р -наведенного поглощения с максимумами 2С-0 и 500 на, интенсивность которых возрастает с повызением концентрации хрома обусловлены оптическигш переходами иона С г4* в октаэдрической позиции, образующегося при захвате днрки ионом С^ ,что подтверждается результатами окислительной термообработки.

В кристаллах ¿ГАГ при у1 -обдучонии имеет место окислительна процесс гс*-» ц вссстаноаительнкй процесс Т^^Т^ . В результата з спектрах нагаданного поглощения наблюдаются полосы при 21С -л эОО - 600 нм ( ) л просветление полосы поглощения при пгэ ни ( V* ).

Спектры на б« детого поглощения кристаллов 1\ШТ в оенозноы определяется примесями марганца,для которого характерна восстановительная реакция Чп4* при ^ -облучении. Эти результаты лодтвврздадася даннши по высокотемпературный обработкам в окислительных и восстановительных условиях.

Во всех исследувьалс кристаллах образование радиационных центров окраски сильно зависит от концентрации хрома. Максимальная ок-раниЕзамость кристаллов ГСАГ: Сг ,«2САГ: IV при 300 К наблюдается при концентрациях, хрока ССк~Ю19 - 5.Ю19 см"3. При дальнейшей повыгекии концзнтрации хрсиа интенсивность наведенного поглощения у^аньшштся,одновременно наблюдаются уисньпания пика ТВ в области :СО ¿{.увеличение пика 240 К и появление нового пика в области

140 К. Сшшанхе окрашиваемое*« ,а следовательно и уменьшение радиационных центров окраски может навести на мысль,что с повы-пеаием концентрации коны Сг3+ не меняет свое зарядовое состояние. Однако,не зависимо от концентрации хроыа при 77 К образуется пс • лося поглощения 260 и 500 ни, соответствующие оптический переходам Р^т . С повьшниеи концентрации хрома ыаксицуы наведенного поглощения смещается в ддиково^новув сторону, до 530 ни. Нагрев до 140 К максимум (пика ТВ) приводит к отжигу полосы 530 ни и проявлению наведенного поглощения 500 нм, которое отчитается дс 300 К. Исходя из приведенных данных и учитывал,что с погниениеи концентрации увеличивается штенсивность наведенного пог-

лощения с максимумом 530 нм,ыояно предполагать, что с повышением концентрации хроыа кроме Сгн+ одиночных центров образуется ечё как ишииуи один дырочный центр захвата, стабильный до ~ 140 К. Это метает быть парный центр ¿.V - Сг , вероятность образования которого при увеличении концентрации растет, ¿фи бсльзой кевдент-рацпи хроиа наблюдается снижение наведенного поглощения,обусловленного собственными дефеигвьш. В частности,снижается интенсивность полосы поглощения яра 420 ни, сиязкыогс с дц^счыыа О'-цеше-ро« около вакансии катиона. Одаоврамешо падазт ¡шганеивнэетъ пика ТБ при ЗЭО К, Переход ионов хроз^а при -обдучзнии в бодае 2ыоо-

1ссе зарядовое состояние подтБгрндаатся а в вЕСперйыен'гах по лзвш-

т- 1а -3

насцаицик. В кристаллах с концентрацией хрома мгаьле а. ¿и см на&шздается интенсивная дгаакэсцаиция (,'г"' ,котор"Ч енжа&тез посла К - облучения. С по валенкам концчнграцки хроиа гакие измене-юаг ¡к? паблЕдаотся.

В четвертой глав* изложены результаты изучения образования

фототропных центров в исследованиах гранатах; ажгквйревшных хро-

•I и*

иои. <Ьвастас,что в кристаллах гранате фотогропнка центры •

обуеллвливыадве полосы поглощения при 410,600 и 1100 образу®-

тся при синтезе в окислительных условиях с добавлением двух-са-лектного металла Ма2+ (Са2+,^ 2+). При синтезе в инертной атмосфере (водород) фототропные центры не образуется. Вместе с тем, ко:; показали исследования, в кристаллах граната, выращенных в восстановительных услоглех, фототропныо центры «огут образоваться посла окислительной термообработки. Для установления механизма образования фототропных центров при окислительной термообработке проводилось исследование изменения оптического поглощения кри галлов ГСАГ: С г" , Си2" , выращенных э водороде и подвергнутых изотермическою' отяигу на воздухе в течении 5 часов. Показано,что начиная с температуры 800°С полоса поглощения при 500 км, ^оответствувщая оптическому переходу иона ^^т возрастает. Образование втих центров происходит в результате окисления ионов 0г~скг за счет диффузии кислорода из газовой среды в объем кристалла. Косвенным подтперяденкеи отого предположения является снижение полос дополнительного поглощения при 290, 350 и ЬоО ни, соотЕетствущих

— +

г - подобному центру, как результат залечивания кислородных

вакансий,присутствующих в кристалла для заредовой компенсации

2+ ^ геторовалентной приыэси Са . Отзаг- при температурах выше 1000"£

вызывает падение шпенсивности поглощения при 500 нм и резкий

рост полос поглощения при 660 и 1100 нм. Почти антисиыбатный ход

температурных зависимостей изменения интенсишостей указанных

полос поглощения свидетельстве! о той,что появление и увеличение

количества фототропных центров происходит в результате перехода

части ионов 0кт из октаэдрической позиции в тетраадрическую.

Другии доводом в пользу образования фототропных центров те7

из центров Сг^т являются результаты исследования яоминесцентних

свойств кристаллов. Так,после окислительной термообработки иктен-

синность лпшшесцокций СголТ при 740 нм падает я 2-3 раза, в то

зремя как растет идаенсишость полосы лпиииесцекции при 1500 нм.

3—3

соответствующей оптическому переходу иона Cr Тет

Проведение аналогичной термообработки в поле ионизирующего излучения показало, что при одновременном действии термического и радиационного факторов процесс образования фототропных центров происходит при гораздо более низких температурах и его двухстадийный характер проявляется еще более отчетливо. Так,окислительный процесс Сг^т —5 £V-t*T начинается при температуре 400°С,а переход ионов С** из октаэдрической позиции в тетраадркческув неб-людаэтея уке при 800°С. Проведение терыо-радиационной обработки кристаллов в вакууме не вызывает появления фототропных цантров.

Таким образок можно заключить,чте образование фототропных центров происходит по схеме Cr^f^ CrcÍT Сг^тех .йижешге

температуры образования фототропных центров при РТО п сравнение с обычной термообработкой может быть обусловлено снихониом зн-ргии активации соответствующих процессов.

При воздействии радиации колличество фототропных цент-ров уменьшается. Экспериментами по фотообесцвечивашт Л"1 -наведенного поглощения показано,что имеет место восстановительная реакция в результате захвата свободных электронов Cr're.ri £ —•» . С

увеличенном концентрации xpetta аффактииность такой реакции сни-кается. Так, если при Vir ^ 5Л01 сы поели -облучения

npis 330 и 77 К концентрация ir r¿r уменьшается на 40 и 70 % соответственно,то при иСг^— 2.10*^ см зти значения составляют 10 и 30 f,B при 3.I020 си"3 5 и 10 4,

Такая зависимость вффоетишосги прообразова. л фототрспных пе*г >ов от температур« а концентрации хрома объясняется нестабильностью при Т < 140 К но~чх днречных нентро» образующаяся при повышении концентрации храпа (сы.гл.З).

Пятая глава посвяшзне исследовании соС-таенша метроиных возбуждений в кристаллах ГСАГ, ЮНГ и КИТ, их иахупгтельноЭ ps-

лакевции»переносу анергии рзветки к активаторным центрам,

ГСАГ. В спектре ГЛ наблюдается пирокая асс!згзтр1гчная полоса свечения, наксш.огы которой сдвигается от '120 нм до 500 нм при повышении температуры от 77 до 300 К. Ассиыетричность полосы и смещение максга.{ума означают, что наблюдаемая полоса ГЛ не элементарна. АнтисикбатныЯ характер температурных зависимостей интенсивности ЕД при 420 и 500 нм указывает на их принадлежность дзуы центрам рекомбинации. Похожая яссиметричная полоса с ччения присутствует и а спектрах термолшшесценщга з температурном интервале 130-250 К, состветствуицем пику термовысвечивания. В области Т ¿ 120 К иаблэдаэтся полоса стечения пра 420 яг з то рре:,:я как при более высоких текг.ературах, вплоть до 250 К, преобладает полоса пра 5С~ ни. Полоса лт{шесцэнции при 420 нм Еозбуздается во всех исследованных кристаллах независимо от присутствия дефектов а представляется типичной для кристаллов ГСАГ.

Оддовре'-кнно с тушенкам ТЛ при 420 ни обесцЕвчиваотсл гшро-кал полоса поглощения при 620 км. '¿та полоса поглощения, Jf -наведенная при 77 К типична для кристаллов ГСАГ,и, по-вид:шэуу» инзот дырочную природу, Так.шяг-сишость ©той полосы снимется в кристаллах,содержащих акцепторную привесь »которая захватывает дырку з процессе облучения. Boxes того,после разруаения цегггров окраски ответе?генных за полосу при 620 нм возрастает количество дырочных Сг^ центров. ¿ia полученных данных иояио заключить,что свечение при 420 нм является cot гвенныи и возникав', при излучетельнон распаде зкеатоно-подобного алектронного возбуждения, образующего я при рекомбинации электрона с (авто)локализованной дыркой.ответственной эа зирокуо полосу поглощения в красной области спектра.

HG¿T .Ори ^ -возбуядеадш. наблюдается У&-подоса свечения с могсицуиоы при 380 ни при 77 К. При увеличении температуры до 300 К максимум полосы неоначитеяы«. сдвигается до 360 ш и интенсивность свечения возрастает приблизительно в два раза. Спектр терыодвминесцанции в области пиля ТВ при 120 К аналогичен спектр Г1 при 300 К. !Сушениа термоламиаесценции сопровогдаетсн обесцвечиванием полосы поглощения при 650 ни, Величина оптической плотности в атой полосе зависит от присутствия акцепторной примеси дг3* , и аналогично кристаллу ГСЛГ, эта полоса поглощения мсжет быть обусловлена дырочным цзнтроы в регулярной реиетке.Б результате рекомбинации влектрона с таким дырочнш центром создается аксигоно-подобное состояние,излучательных распад которого дает собственное И свэчеше.

КНГР,, При исследовании гамма-,термо-, и фотолюминесценции обнаружено интенсивное широкополосное свечение. Полоса свечения явно не симметрична и,по-видимоиу,представляет собой суперпозицию нескольких элементарных подос. С ростом температуры от 77 до 300 К ыаг.си«ум сдвигается от 4SO до 530 ны. При этом ход температурных зависимостей интенсивности измеренной на 430 и 530 нм в области 77-300 И имеет еотисныбатаый хара;:тер. Спектральный состее термо-яюмкнесцекции в лике ТВ аналогичен таксвсцу с галаа-яюшмесценцип. Эти данные означают что широкополосное свечение в i'áiPT нельзя рассматривать как иалучателышй распад в простом дефектном цэдаре. С отжигом териолюмкнесценцик при 4о0 ны исчезает }f -наведенная низкотемпературная полоса поглощения при 570 км. Г лоса люминесценции при 430 ны набладается при возбуждении фотонами в области длиноеолкового края фундаментального поглощения при 77 д. па краэ резеточного поглощения не набладается отчетливого вкситокного пика поглощения, однако в области 2Бэ ни имеетсл небольшая ступенька. Предполагаете«:, что тианчнад люминесценция при 4U0 ни s tíuTT

является собственной и возникает при рекомбинации электрона с ра-диациокно-наведеиным:» дырочными централа подобным V^ - центру в ЩКГ и ответстгениого на полосу поглощения при 670 нк.

Полосы сЕечения при 500 на в ГСАГ а 530 ны в КНГГ вероятии обусловлены излучатеяьнтои переходами в F+ -центра (один электрон в пола кислородной вакансии).Возрастание интенсишости этих полос свечения в г а > i.;a -лз и ;гн о сц ei щ ии выше 150 К обусловлено рекомбинацией делокализованной из регулярного узла дырки с злэигрон-тт г -центром по схема F+ h (F +) ^

Бри этой наблюдается рост- полос поглощения,идентифицированных как С +

г - центры в соответствующих кристаллах.

При исследовании температурной зависимости гаима-ЛЕьмнесцои-ции ГСЛГ, ЖАТ и КНГГ с малым содержанием прииесей Ct" би-

ло установлено,что с понижением температура до 77 й происходит уменьшение штенсивкоети свечения активаторных центров на порядок. /¡нтисимбатныЯ ход кривых для полосы с ыаксяцумом при 420 , 460 нз и свечения ¡Jt"rсвидетсльствуощий об определенной связи v.zz-

ду тушзняеа ссбстпс .него свечения и разгора:шеи активаторноЗ люминесценции. Действительно,в области стабильности (авто)лсхаднзо-ваннкх днрок выход активаторной ляцинесцекцам долзен роз::о падать, так нгл: г^и этга температурах их миграция я активатору за«ораха-вавтея. 3 интервала 77-130 К интенсивность свэчення пржгаск ddJ кэ изгоняется, а выав 130 К наблюдается резкий рост Такая заги-симость выхода актаваторной люминасценц к яыеет шето даяе при большой концентрации активатора Таким образом исанс заклю-

чить,что за возбуждение азстиваторной гшша-люышмецэнции вкла 130 К ответственна собстгекныз элоктрог-якэ возбуждения,посрадгт-зом обменного взаимодействия первдагцив последним анаргив возбуждения активаторножу центру. Когда двихеша (аэто)локализованной дырки закпреггно,свечение активатора на равно нуяв .Кроме то-

го,с ростом концентрации активатора растет и интенсивность свечения при 77 К, с точка арония неподвижности автолокализованной дырки эти факты объяснить трудно. учитывать пробег дырок до автолодализациа ври Т ^ 130 К, то расстояние между вероятностным местом её автолоаализацяд и активатором ■■значительно сокращается,что и ыожет привести к возрастанию аффектищости возбуждения активаторкой люминесценции с повышением концентрации ^^ищ этих таппаратурах. Таким образом при Т ^ на эффективность возбуждение свечения л/сУ^ионов существенное влияние оказывает двмгокке нерелаксированных дырок.

С точки зрения процессов передачи энергии возбуждение гадал-лаикнесцешуш ионов £г при бодыаоЯ концентрации розка отличается от возбуждения свечения Ш ионов. При достаточно большой концентрации (от 5.Ю*9 до З.Ю20 сы"3) выход ьктиваюрной ' гашса-лкминесцакции практически но изменяется в области темлорг-тур (аг-.то) локализации дырок. «Ьследозшше показало,что при :;а-дых концентрациях активатора с а- понимание температуру ниже тьа-пературы делокализации дырок приводит к резкому уменьзеншз выхода шстиваторноЯ летчзиесценции. Учитыгая.что при болыих концентрациях хроыа полосы поглощения обуслзшгзнныо (аЕте)лоиалюоваа-цылх днркаии отсутствуют полно заключать,что с повьшдаиеа иса-

п 3+

цзнтрации активатора ( 1,г ) вероятность захвата горячэй дырки ¿ктшзаторным центром растет. Лра захвате горячей дырки образуется ¿'г"^ -центр,что подтЕОркдается появлением полос поглощения в

•г 1-Г

области 260 и 300 нм и возбуждение люминесценции иг происходит по схеме Сг (^ / +

При малых концентрациях эроягаость захвата активатором горячей дырки мэнкав.чта и приводит- к резкой зависимости активатерной га*й!а-лшииесценцш от температуры. В кристаллах гра^ттоа с ао-активаторами Ъ щюкотешеразурцого распада евзчанкя »о

не наблюдается благодаря аффективной передаче анергии от Cr"* к //¿/J ионам.

Выводы

1. Установлено,что за радкациошо-наседенную окраску в кристаллах ГСАГ, -1СЛГ и КНГГ ответственны структурные дефекты,собст-веннне и примескнэ, образующиеся в процессе синтеза. Показано,что полоса поглощения при 420 нм обусловлена V -подобт j 0~-цент-ром (дырка локализованная около вакансии катиона). Предположено, что трах полосный спектр поглощения с максимумами при 290 , 350

и 550 нм связан с анионной вакансией и обусловлен эптичесгишк переходами в F -подобном центре (один или два электрона в поле

вакансии кис^рода). Определно.что при воздействии ионизирующего

п

излучения для ионов Ьг 01ст характерен окислительный процесс (захват дырки с образованием центра .ответственного за

полосы поглощения при 250 и 500 ны.

2. Показано,что в кристаллах ГСАГ и ГСАГ: после высокотемпературной обработки в окислительных условиях снижение уровня радиационного окрашивания происхо, л зо счет залечивания кислородных вакансий и окисления акцепторных ариыесай.

3. Показано,что при активации кристаллов ГСАГ, ЖАТ и 1Ш1Т хрсыом с концентрацией ССг > Ю^си"^ снижение уровня радиационного окрашивания при температурах Г > 300 К обусловлено преобразованием простых акцепторных центров (Jrltn ~ комплексные дефект-шго акцепторные цонтры, стабильные до Т <■ 140 К.

4. Установлен двухстажкйный характер даханизш образования фототропннх центра? C>-Ti7 а кристаллах ГСАГ и >ЕАГ при окислительной тзрмообработке, внлвчаищзЯ в себя окислительный процесс

/V1 т—> Р*1 . с послвдуицей перестановкой ¿7>-Lr"_> ^"rer •

Окт С-'

Показано,что при.термообработке в поле ионизирующего излучения

- 1Ь -

окисление примаса за счет диффузии кислорода из газовой среды в объем кристалла и перестановка катионов из одних узлов в другие происходит при существенно более низких температурах,что мояет быть связано с понижением энергии активации соответствующих процессов.

5. Установлено,что широкополосная рекомбинационная люминесценция в кристаллах ГСАГ, ¿ОДГ и Ж"? с максимумами при 420 , 350 и 430 ны соответственно является собственной и обусловлена изау-чатедьным распадом экситсноподобньгх электронных возбуждений. Предположено,что »кситонные состояния образуются в результате рекомбинации электронов с дырками (авто)локализованными в регулярной реаеткс, ответственными за полосу поглощения в ближней ^(-области спектра.

6. Установлен эхситонный механизм возбуждения акп'чаторн^й

; радиолпминесценции в кристаллах ГСАГ, ХАТ и КпГГ. Предпо-лолояено ,чго низкотемпературный ( Т < 130 К) спад радиолзшшесцекции -ионов обусловлен неподвижностью элект-

ронных возбуждений.

В кристаллах, активированных ионами возбуждений лаьа-нзсценции активатора происходит при арямой ионизации принес;: с последующей рекомбинацией на них I—> ¿V !с,- ;

ТО *э

Цри концентрациях ¿'¿V > 10 ~ см интенсивность активатораой радиолюшшесцскции аэ зависит от температур» в интервале 77-300 К.

Доказано,что отсутствие низкотемпературного спада интенсивном и радиолюминесценции /У£/'?'в кристаллах ГСП', ¿1СДГ и 1£ГГ со-

актизиров&шых хромое с концентрацией ¿Ь- ДО**1 ем""*3 обусловлен

п >*■ / />•

®й»ктиааой передачей анергии от ионов и к мадам .

Основные результаты диссертации опубл: '-ованы х- следующих работах :

1. Ащуров М.л.,2ариков А.Н.,Курбенов А.М. и др. Радиационная стойкость редкоземельных скандий-алтайаиевых гранатов.// ДЛИ СССР. -1989.-Т.305, 3 3, - C.58I-5S3..

2. Ащуров М.Х. ,Нариков А..М.,Курбанов А.И. и др. Влияние ионов хрома на образованна центров окраски в кристаллах иттрий скан-дий-галлиевого граната.// дПС. - I933.-T.43. № I.-C.I52-I54.

3. Ащуров М.Х. ,Нирохш А.А. .¿чурбанов A.M. и др,Образование центров окраски в кристаллах иттрий-ехандкй-алюминиевого граната при термообработке. Препринт.»® ¿H УзССР - IS83. Л Р-9-306.

- 14 с.ДСП.

4. Ащуров М.Х.,Бататов С.X. »¡Зеков Н,А.,Курбанов л.М„ и др.Влияние термообработки и гамма-облучения на оптичесхие свойства кристаллов кальций-ниобий-галлиевого граната. Препринт.ИЛЗ АН УзССР

- 1983. Р P-S-37I.-22 с.

5. Ащуров М.Х.»Курбанов А.М.»HscwpoB И.В, Изменение концентрации Пешков окраски в кристаллах ННГТ при термообработка. Препринт,. т № УоССР.-1937. Р-9-309.-12с.

6. Аауров ИД. анов A.M. .Касыроз И.Н. Пзманеаиз зарядового состояния фототропных центров в лазерных кристаллах, граната,// Восьмой всесопз.сем.по рассеянию атомных частиц с поверхности твердого тела.Тез.докл.-Термез,-1233.С.13.

7. Аауров ИД.,¡чурбанов А.л. .Насыроз y'uh. .¿¿лкцяян Х.С..Хайибудлаев П.К. Образование фототропных центров в нристадлгт гздолкний-саандий-аляыиниавого граната при те «ообрабсткв. Препринт.

Ж УзССР.-I93S. » P-9-35S.-I2 с.

3. AshuroV MM., A/asyW I «vríunov 4 M,

Р. К C^iieoB j$icipl¿w chctr.9*s ifí fr-izzaoficTitcl CWstaCr \vi+r> »ñzto¿*>p¿c ¿V*rW. TÓetW

" Л Г Л /? £—ha z.<ÍST. SPSS A ft*

onoi соп/егеясс tetrm itr ы

- го -

9. ¿щуров М.Х. „¡Туманов С. .Курбанов А.М«Автолокализация электронных. возбуждений и образование радиационных дефектов в оксидах.// Седьмая всесоизн.конф. по радиационной физике и химии неортаничесш х материалов. Гез.докд. - Ркга.-19оЗ. 4.2, - С. 331-332.

10. Адуров М.Х.,Туманов С. »Курбанов &..IL, Автолокализация электронных возбуздений и образование центров окраски в оксидах. // 12 йэсп.кон£.по ФТТ.Тез.докл,- ОшЛЭЗЭ - С. 102-103.

11. Аэуров ¡¿.X.. .Курбанов А.У..Насыров И.Н.Влияние концентрации хрома на образование центров окраски н кристаллах кальций-аиобий-галлиевого граната.// II Респ.кснф.по ФТТ и новыг области ее применения. Тез.докл.-&араганда.19У0.-С,1Ь9.

12. Аяуров .Курбанов A.M.,Раков А.Ф. Радиационнэ-индуциро-закное поглощение и люминесценция б кристаллах Сл-> Z^»L ' ¿го* & /л региональной конф.расп.Средней Азии и пазах-стана по ? Г5ТТ :-Саиарканд ,1991.-0.134.

13. Адурое »1.Х. .Курбанов А.Ы. .Ракоь А.Ф. Радиационко-етимулиро-закные явления в кристаллах G-dj Scg f*h с фототропными центрами.//!. Региональной конф.респ.Средней Азии и Казахстана по ВИТ : -Самарканд,I99I.-C.135.

14. Адуров i£.X. .Дяуианов С. .Курбанов А.М. .Хукакулов Д.Ч. Влияние радиационных дефектов на оптические и сверхпроводящие свойства.// шевдународ.конф.по радиационному материаловедению: Тез.докл..-Харьков.1990.Ч.З.~С.27а.

15. Ashi/zoV м Kh, RctKov-Af., and Ku*6c*ncv AM

• га/У

Ыгишс ¿«menace«™ $o-r-n?t су*

//

7 ¿„HificrboiaC sunposiu» *t£ect**

ЯШ ^апт^^гл zavl^Hv^lMmm-

r

91 Lai v" car ■ /99/- С /2.

ЕфГТ СТРШУРАЛИ КРИСТАЛЛАРДА РДЦИАЦИСН ГАЧГДДШШ МАРКА2ЛАРИ ВА РБКОМБИНАЦИЯЛИ ЛШИНВСЦЗйЩИ. .

РС^АЧА МАЬНОСЛ:

Диссертацияда комплекс усуллар билан гадолиний-скандий -алюминий, иттрий-скандкй-алюмичий, кальций-ниобий-галлий ёцут (ГСАЁ, ИСАЁ, КНГЁ) кристалларининг оптик ва люминесценция хусусиятларига радиация нурлари ва з^ар хил физикавкй химиявий квловла^кинг таъсири тегсяирилди ва фототропик марказларккнг ( ^осил булиш механизми урганилди, ){амда электрон уйгониш асослари, уларнинг заряд ташиш-даги ва энергияни активатор марпазларига узатишдаги роли аникланди.

ГСАЁ,ИСАЁ ва КНГЁ кристалларнни устирип ва!?тцда пайдо булади-ган хусусий структура нутронлзри ва бегона атомларнинг валент эрлат-ларшинг узгарши, у ларца ¡^ -нури таъсирида рангланш марказлари зрсил булишининг асосий сабаб экаклиги курсатилди. Кристалларда Сг нинг концентрацияси б.улганда, оддий акцептор Сгч мзр-

казларнпнг 140 Кгача туррун булган мураккаб «арказларга аГ-лани^г 300 Кда ранглании даражаси анча камайгашга сабабчилиги курсатилди.

Са, Сг иснлари хритилган ГСАЁ ва ИСАЕ кристалларкда юкори тем-

д ч* .

пературали калов натижасида фото тропик марказларкинг {Ьгтст> г, с сил б,улили (гей5 Ог^бос^ичлардан ябсратлиги ва иялов берия У -май-дснида утказилса Сг нинг оксидлании хакда конфигурацию иншг узгарши нисбатан анча паст температураларда кузатилиши аликландк.

Урганилаётгак кристалларда -уйготиа н'-жкасидч кузатклгак

кенг полосали лшинесценциялар хусусийл^'и ани^анди ва уяарнинг эк-

сктекга ухшаш электрон уйгонигларнинг курланипли ем ир ил ил ид ан зрсиз

булиии ва активатор марказларияинг уйгстиа, зкситсн иехпнизии

билан ямалга ошкшк курсатилди. Кристаллзрда С^ионнни уЯгстга л 3* л "+ /* ** . п 'У ! Л

Сг —> I+ ^ \ с —I г * решетя асосида амьлга

сагизп! цумкин деб тает к* килиндв.

- PI -

RADIAIION INDUCED COLOUR CENTRES AMD RECOMBIHAIIOE LUMIHESCEKCE IH GAET7T CRYSTALS.

SUSS AH

In present isork the ionizing radiation ana physical and chemical treatment influence on optical and luminescent properties of Gd3ScsAl30ia(GSAG), Y3Sc2Al3012 (YSAG) and Ca3(Hb,Ga)2 Ga3012 (CSGG) garnet crystals were investigated. Electron excitations in garnet crystals were studied and its role in processes of charge and energy transfer was examined.

It »as deterained that structure defects formed during crustal grostti, are responsible to radiation induced colour centres in GSAG, YSAG and CHGG crystals. If activator Cr concentration i6 20enf3 the reformation of simple acceptor Сг4+ centres to complex or^s taf.es place. These complex centres are stable at T<140K, th„t is a reason of decreasing of radiation colouration at room temperature.

It '.»as found two-steps mechanizni of creation of pictctrop -centres in GSAG, YSAS: £Ca,Cr) crystals inder 'nigii temperature treatment, takes place,accordingly to sciieae: ——"^е*-'teen hign temperature treatment was made in radiation field processes of impurity oxidation and cation cite eseftange take piece an considerably ¡юге low temperatures.

Garnet crystals show «ice band shortwave recombination luaiTies-cence under x-ray excitation, »ftica eeesc tc- te result of radiative decay of exciton- like electron excitations.Tne activator Sd5+-lu®i-nescence in exciteo cving to relaxed excicons and CrJ~- luffiin?acencv excitation is realized йу reaction:

Or- чггг—- Cr4+ -+e Cr3-+hv74tajr.