Роль вакансионных дефектов в распаде и преобразовании радиационных центров в кристаллах NaCl и KCl тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ

На правах рукописи

ОСКОНБАЕВ МАРАЛБЕК ЧОТОЕВИЧ

УДК 535.343.2: 539.21

РОЛЬ ВАКАНСИОННЫХ ДЕФЕКТОВ В РАСПАДЕ И ПРЕОБРАЗОВАНИИ РАДИАЦИОННЫХ ЦЕНТРОВ В КРИСТАЛЛАХ МаС! И КС1

01.04.07 - Физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

БИШКЕК - 1996

Работа выполнена в Ошском государственном университете.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Арапов Б.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Карымшаков Р. К.

кандидат физико-математических наук, доцент Умурзаков Б.С.

Ведущая организация: Ферганский государственный университет.

Защита состоится 0 1996 г. /4 — часов

на заседании специализированного совета Д. 01.94.08. по присуждению ученых степеней доктора и кандидата наук в Институте физики Национальной Академии Наук Кыргызской Республики по адресу: 720071. г. Бишкек, Чуйский проспект, 265 а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национальной Академии Наук Кыргызской Республики.

Автореферат разослан_■ усафх _ 1996 года.

Ученый секретарь специализированного совета к.ф.-м. н, с. н. с. Л. К. Меренкова.

Общая характеристика работы

Актуальность темы: Интенсивное развитие энергетики,техники и новейших технологий поставило проблему взаимодействия радиации с веществом в число одним из важнейших проблем физики твердого тела. Решение задач радиационной стойкости и радиационной чувствительности различного рода материалов, прогнозирование их поведения в полях излучений различных мощностей является одним из основных задач радиационной физики. Эти задачи могут быть решены на основе определения механизмов создания, преобразования и распада радиационных центров (РЦ) в твердых телах. Щелочно-галоидные кристаллы (ЩГК) являются относительно простыми по структуре и хорошо изученными объектами твердых тел, на которых в настоящее время широко ведутся экспериментальные исследования радиационной физики.

Механизмы дефекгообразования в твердых телах изучаются довольно давно. Наряду с процессами дефекгообразования актуальным вопросом радиационной физики твердого тела является отжиг и преобразования РЦ. Многие свойства ЩГК определяются процессами отжига РЦ. Процессы отжига РЦ изучены в работах Лущика, Заитова, Эланго, Пунга, Арапова, Исмаилова, Сидляренко и др. Для ЩГК детально изучены механизмы создания и отжига первичных РЦ только при низких температурах (4.2-300 К).

В связи с применением ЩГК в технике в качестве оптических материалов с широкой областью прозрачности, активных и пассивных сред для перестраиваемых лазеров, материалов для сцинтилляторов, дозиметров и др. стало актуальным изучение электронных, дырочных и ионных процессов, определяющих люминесцентные, оптические, электрические и другие свойства твердых тел.

В частности созданием активных сред для перестраиваемых лазеров на центрах окраски и пассивных лазерных затворов на основе ионных кристаллов возникли проблемы с термоустойчивостью рабочих центров. Это, в первую очередь, связано с нагревом активных сред и пассивных затворов вследствие поглощения энергии накачки с

последующим терморазрушением рабочих центров. Поэтому исследование механизмов распада и преобразования РЦ температурах выше комнатных, является одним из актуальных вопросов не только в лазерной физике, но и в физике твердого тела.

Цель и задачи работы; Целью нашего исследования является определение роли анионных и катионных вакансионных дефектов в распаде и преобразовании различных по структуре радиационных центров в "чистых" (высокой чистоты и совершенства - ВЧС, химически чистые "хч") и активированных { одно (Ад*) и двухвалентными (М7* -Са2\ Cd2+) примесями) кристаллах NaCI и KCl.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:

1. Используя комплексную методику исследований, включающую в себя высокочувствительные люминесцентные, оптические, электрические и другие методы, позволяющие одновременно в одних и тех же обьектах, в одних и тех же температурных интервалах определить оптические, люминесцентные- и электрические характеристики различных по структуре РЦ.

2.В "чистых" и активированных кристаллах NaCI и KCl, подвергнутых пластической деформации и радиационному воздействию, выделить и изучить оптические, люминесцентные и электрические характеристики основных неравновесных собственных и радиационно наведенных дефектов (электронные и дырочные центры окраски, анионные (О и катионные вакансии (vc" ), бивакансии (va+ vc") и комплексные дефекты (M02t vc"), дислокации и т.д.) и выявить их роли в процессе распада и преобразования радиационных дефектов в ЩГК.

3. Установить вид, структуры промежуточных продуктов, образующиеся в результате взаимодействия подвижных vc" с дырочными центрами в ходе неизотермической релаксации кристалла.

Научной новизной данной работы является установление роли катионных и анионных вакансионных дефектов и определение природы промежуточных продуктов взаимодействия в распаде и преобразовании РЦ в "чистых" и активированных кристаллах NaCI и KCl.

- 3 -

Основные защищаемые положения,

1. Обнаружение структурно-чувствительного характера процесса термического отжига различных по структуре электронных и дырочных центров окраски в кристаллах NaCI и KCl. Эти характеристики зависят от введения примесей Ад* и М2* и от их концентрации, от степени пластической деформации, от условий радиационно- термической обработки и т.д. .

2.0бнаружение радиационного создания ve" в кристаллах KCl ВЧС, являющихся основным дефектом, приводящим к "низкотемпературной" диссоциации дырочных центров.

3. Установление роли радиационно созданных и образующихся в ходе нагрева катионных вакансий в "низкотемпературных" стадиях термического отжига радиационных центров в "чистых" и активированных кристаллах NaCI и KCl, как катализаторов диссоциации дырочных центров.

4. Определение центров захвата для подвижных vc" в кристаллах NaCI и KCl.

Личный вклад автора. Основные экспериментальные результаты получены лично автором. Интерпретация результатов осуществлена совместно с научным руководителем Б.Араповым.

Практическая ценность работы. Полученные в данной диссертационной работе результаты могут быть использованы для определения новых критериев поиска и разработки лазерно - активных, радиационно-стойких и радиационно-чувствительных материалов с определенными оптическими, люминесцентными и электрическими характеристиками, а также в определении температурных интервалов термической устойчивости рабочих центров для активных сред и пассивных лазерных затворов на основе ионных кристаллов.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в работах [1-20], представлены на; I и II - Республиканских конференциях по физике твердого тела (Ош, 19S6, 1989); VI Всесоюзном совещании "Физика, химия и технология люминофоров" (Ставрополь, 1989); Всесоюзном семинаре nq радиацинной физики и химии твердого тела (Львов,

1990); 1-республиканской конференции молодых ученых и преподавателей (Фрунзе, 1990); И-Республиканской конференции по ФТТ и новые области ее применения (Караганда, 1990), 1-Региональной конференции республик Средней Азии и Казахстана (Самарканд,

1991); Республиканской конференции по физике полупроводников (Фергана, 1992); 8 международной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов (Томск, 1993); Международной научно-практической конференции "Аналитические методы математической физики и проблемы их преподавания" (Ош, 1994); Международной научно-практической конференции "Современные методы информационных технологий" (Ош, 1995); ХХ\Л1-ХХХШ научных конференциях ОшПИ-ОшГУ в 1987-1993 гг.

Обьем и структура диссертации. Диссертация состоит 95 страниц машинописного текста, а также содержит 1 таблицу и иллюстрирована 40 рисунками, состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных литературных источников, насчитывающего 159 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко рассмотрены актуальность проблемы, цель и задачи исследования, основные защищаемые положения диссертации.

В первой главе дан обзор литературных данных по радиационным центрам окраски, и их термическому отжигу , а также ионной электропроводности (ИП) и диэлектрических потерь (ДП) в ЩГК.

Во второй главе изложены данные об объектах и методах экспериментального исследования неизотермических релаксационных процессов в ЩГК.. В качестве основных объектов исследования использовались кристаллы высокой чистоты и совершенства (ВЧС) №С1 ВЧС и КС1 ВЧС (содержание примесей на уровне 10м -1016 см^ ) выращенных нами в институте физики АН Эстонии, кристаллы №С1 и КС1 "химически чистые" ("хч") и кристаллы №С1 и КС1, легированные одновалентными Ад+ и двухвалентными М2* (Са2+ и Сс!2*) ионами,

- а -

одновалентными Ag+ и двухвалентными М2+ (Ca2* и Cd2+) ионами, выращенные из расплава методом Киропулоса в лабороториях НИИ РФ ТТУ (Томск) и НИИ СМ и ОЧХВ (Харьков).

Для комплексного исследования механизма распада и ■ преобразования РЦ в кристаллах были применены, оптические (абсорбционные), люминесцентные и электрические методы.

Облучение исследуемых кристаллов осуществлялось Х-лучами при температуре 290 К на установке УРС-55А (трубка БСВ-Си или Fe, i=15-16mA, U=45-50kB). Спектры оптического поглощения измерялись на спектрофотометре Specord UV - VIS. Спектры излучения кристалла измерялись с помошью монохроматора МС-80 с дифракционной решеткой 600 и 1200 штрихов на мм. Температурная зависимость полос поглощения различных РЦ и ТСЛ кристаллов изучалась одновременно на трехканальной установке, собранной на базе монохроматоров МУМ-2, МС-80 и спектрофотометра СФ-4. Пластическая деформация кристаллов осуществлялась на специальной установке, позволяющей произвести деформацию кристалла по оси [100] при температурах 80-300К.

В третьей главе излагаются экспериментальные результаты исследования влияния различных структурно-чувствительных факторов на термический отжиг электронных и дырочных центров в "чистых" и легированных кристаллах NaCI и KCl.

В кристаллах NaCI и KCl ВЧС, облученных X - лучами при 300 К, создаются комплементарные F - и V2 -центры, а в кристаллах NaCI и KCl, легированных Ад+ и М2+ примесями, наряду с F - и V2 -центрами дополнительно образуются электронные FA -, F2 -, Agc° -, Aga" и дырочные V2A -, V2Z -, Agc2+ - центры окраски.

На рис.1, приведены кривые ТО F - (1) и V2 -центров (2) и ТСЛ (3) в кристаллах NaCI ВЧС (а), NaCI "хч" (б), NaCI-Ca (в) и NaCI-Ag (г). Основная доля F - и V2 - центров отжигаются в следующих интервалах температур: NaCI ВЧС - 460-550 К; NaCI-Ca - 390-400 К; NaCI-Ag - 330390 К, а в кристаллах NaCI "хч" проявляются все три стадии отжига F-центров. В этих температурных интервалах высвечивается основная доля ТСЛ (3). Изучение спектров ТСЛ кристаллов, рентгенизованных при ЗООК и 80 К, регистрированных в области максимумах полосы ТСЛ,

показало, что спектр ТСЛ кристалла NaCI ВЧС и NaCI "хч" имеет максимум при 3.0 эВ, а в NaCI-Ca в области 2..3 эВ. Спектр ТСЛ кристалла NaCI-Ag более сложный, он имеет максимумы в спектральной области 2.3, 3.0, 3.3 и 5.1 эВ. Максимумы спектров ТСЛ рентгенизованных при 300 К кристаллов совпадают со спектрами ТСЛ в температурной области, возникающей при прыжковой диффузии VF -центров.

Из анализа экспериментальных данных следует, что температурные интервалы термической релаксации электронных и дырочных РЦ в кристаллах, легированных ионами Ад* совпадают между собой и происходит в основном в трех интервалах температур; для NaCI, легированных ионами Ag: I - 330-390 К; II - 390-460 К; III - 460-550 К; а для КС!-Ад: I-290-350 К; II-350-410 К; III - 410-500 К.

Доля электронных, дырочных и ионных РЦ, отжигающихся в различных интервалах температур в NaCI-Ag и в KCI-Ag, различна и зависит от содержания серебра. При малых концентрациях активаторов Ад+ (менее 0.5 моль % в расплаве) термический отжиг РЦ происходит в основном во II и в 111 интервалах температур, при большой концентрации Ад+ (1.0 моль% в расплаве и более) они распадаются в основном в I и II интервалах температур. Термический отжиг РЦ в кристаллах, легированных М2* ионами, в основном происходит во II и III интервале температур. По мере роста концентрации М2+ усиливается доля распада РЦ, разрушающихся во втором интервале температур и возрастает интенсивность пика ТСЛ, возникающей в этом интервале температур, а доля распадающихся РЦ на III интервале при этом уменьшается, а высокотемпературный пик ТСЛ при этом уменьшается или исчезает.

4»

I

О

Н

__f ГТ~~ V. > а

____2 ■А3 ч

б

э 3— 1

г

\f Г « \3-— 5

<0 ф

§

300 400 500 Т,К

Рис. 1. Кривые термического обесцвечивания в спектральной области (1), У2 (2)- полосы поглощения и ТСЛ (3) кристалла: а - №С1 ВЧС, б- №С1 "хч", в-№С1 - Са (0,50 моль%), г -1МаС1 - Ад (0,50 моль%), д-№С1-Ад (0,50 моль%)+Са (0,50 моль%).

В этих же интервалах температур происходит изменение концентрации vc' и нейтральных комплексных дефектов типа va* v0" и M2V.

Таким образом, введение в кристаллы Ад" и М2+ примесей и изменение их концентраций влияет на ход термического распада РЦ, т.е. характер релаксационных процессов является структурно-чувствительным.

Структурно-чувствительный характер термического отжига РЦ также проявляется при изучении влияние пластической деформации кристалла. При таких воздействиях на кристалл характер термического отжига РЦ существенно меняется. В частности, в кристаллах NaCI и KCl при деформации и увеличении ее степени уменьшается доля РЦ, отжига ющихся в низкотемпературных стадиях, при этом доля РЦ отжигающихся в высокотемпературной стадии увеличивается.

В четвертой главе рассмотрены роль вакансионных дефектов в распаде и преобразовании различных по структуре РЦ, в "чистых" и легированных кристаллах NaCI и KCl.

Важные сведения о механизмах релаксационных процессов, протекающих в облученных X - лучами ЩГК, могут быть получены путем сопоставления между собой данных термического распада различных по структуре РЦ.

Как следует из экспериментальных данных, термический отжиг и преобразования различных по структуре РЦ в ЩГК происходят в трех интервалах температур. В первом интервале температур термические релаксационные процессы происходят в кристаллах KCl ВЧС, NaCI и KCl "хч" и в кристаллах, легированных примесями Ад с большими концентрациями серебра.

Как видно из рис.2 в 330-390 К в кристаллах NaCI - Ад распадается основная доля электронных и дырочных центров окраски (кривые 1-4), возникает ТСЛ (кривая 5), имеющая сложный спектральный состав с максимумами 2.3, 3.0, 3.3 и 5.1 эВ, уменьшается концентрация подвижных одиночных vc- (кривая 6) и увеличивается концентрация va+ vc" (кривая 7).

Вычисление энергии термической активации соответствующих процессов прказало, что она находится в пределах 0.78-0.92 эВ для

термического отжига РД, в пределах 0.80-0.90 эВ для энергия миграции одиночных .Сопоставление значений энергии с энергией активации миграции ус' , равной 0.90 эВ показывает, что значения различных энергий близки друг другу. Совпадение температурных интервалов различных процессов и их энергии термической активации показывает взаимосвязь этих процессов.

Рассмотрим механизмы распада и преобразования РЦ исследованных кристаллах в первом интервале температур.

Для выяснения механизмов распада и преобразования РЦ в этих кристаллах сопоставлены экспериментальные результаты, полученные из измерений температурной зависимости ИП и ДП этих кристаллов с ^-периментальными

результатами, получении**»» методом ТО и ТСЛ.

В кристаллах KCl ВЧС при облучении-Х-лучами создаются одиночные vc" и v„* v0", которые

Рис. 2.. Неизотермические

релаксационные процессы в №С1-Ад (1,00 моль%): ТО Р-, Р* -{1), Ада (2)-, Адс2+ (3)-, Ч2- lлVv, (4)-центров, ТСЛ кристалла (5). Температурная зависимость относительной ИП (6) и относительных ДП (7), измеренных на частоте внешнего поля 0,1 кГц.

играют существенную роль в

термическом отжиге РЦ в первом и во втором интервалах температур. В первом интервале температур подвижные ус" взаимодействуют с дырочными У2 (С12" V,;' ¡а° ) -центрами и образуются нестабильные промежуточные продукты типа (С12 ус' ), которые не проявляются в оптических измерениях. В дальнейшем эти промежуточные нестабильные дефекты распадаются на подвижные - и НР - центры.

У0" + М2 (С12- V; I." ) V,: (С12 Ус ) + Нр( I." >/с' ) (1)

Образующиеся УР - и НР - центры приводят к термическому отжигу электронных Р-центров в первом интервале температур.

V,: (С12" V; ) + Я(уа+ е") -Э V/ чс + И* (2)

- 9 -

v; +■ V2 (Cl2* Ve" I/ ) ^ VF (CI2 Vc") + Hf (i," Vc") (1)

Образующиеся VF - и HF - центры приводят к термическому отжигу электронных F-центров в первом интервале температур.

VF(CI2 vc ) +• F(v,+ e ) v„+ vc- + hi> (2)

Hp (i«° vc") + F(v.+ e ) vc" + R (3)

Как известно, в кристаллах NaCI-Ag и KCI-Ag образование Ag„" -центра при облучении Х-лучами происходит в результате смещения иона серебра из катионного узла решетки в анионный узел. Поэтому в каждом акте создания Ag а" -центра вместе с ним образуется и vc", т.е. образуется дефект типа Ag," ...vc'.

Ад," ...Vc'—> Ад,' + v0" (4)

В кристаллах NaCI-Ag и KCI-Ag подвижные vc" , кроме Угцентров взаимодействуют также с дырочными Ад02+- центрами. При таком взаимодействии образуются термически нестабильные продукты взаимодействия, которые также не проявляются в оптических измерениях. Экспериментальное изучение природы промежуточных продуктов взаимодействия подвижных vc" с Аде2* -центрами методом ЭПР показало, что в кристаллах KCI-Ag, очищенных от ионов Вг' наблюдаются 38 линий ЭПР [1], а в неочищенных от ионов В г' - 28 линий [2,3].

На рис.3 приведены спектры ЭПР продуктов взаимодействия vc~ в

кристалле KCI-Ag, не очищенного от ионов Вг".

В облученных рентгеновскими ,, _

ioio ¿НО Л2)0

лучами при 290 К и прогретых —1—-1—:—1 ' ' ' ~ г

до 350 К и затем быстро IV \ П |л л ПНШШ

охлажденных до 125 К кристаллах

обнаружен спектр ЭПР, состоящий

из 28 эквидистантных линий с Рис- 3- Спектры ЭПР

кристалла KCl -Ag (0,5 DH = 9,5 Гс при измерении по направлении моль%).

Н // < 110 > оси кристалла.

Нами проведены теоретические расчеты расщепления спектров

ЭПР в направлениях Н II < 110> для исследуемых радиационных

дефектов по суммарным значениям проекции магнитных моментов в

различных сочетаниях ядер Ад'09, К38, CI35 и Вг8' .,содержащихся в

- 10 -

кристалле KCI-Ag. Значения проекций магнитных моментов для ядра Адс+ равна 0,26 т, для Кс+ - 0,78 т, а для систем ядер (С12)аа" и (С1Вг)аа" -0,55 m и 1,04 m - соответственно (т - ядерный магнетон Бора).

Результаты расчета расщепления спектральных линий ЭПР для отдельных ионов Ад0+ , К/ , (С!Вг)м~ и их совокупности приведены на рис.4. Спектры ЭПР для совокупности указанных дефектов состоят из 28 эквидистантных линий (а). Расщепление линий спектров ЭПР при Н // < 110 > на семь линий в каждой группе и постоянной сверхтонкой структуры (СТС) равной 38 Гс, обусловлено системой ядер (CIBr)aa" (в). Каждая линия из этих групп расщепляются на две линии с постоянной СТС равной 9,5 Гс - ядром Адс+ (г) и на четыре линии с постоянной СТС, также равной 9,5 Гс - ядром (С (б). Кроме того, расщепленные 14 линий для дефекта [Agc* (CIBr)aa~ vc" ] налагаются на 14 линий дефекта -[К/ (CIBr)aa' vc" ] (ср., б и г рис.4). Поэтому в эксперименте проявляются только 28 линий (см., рис.3 а). Совпадение экспериментальных и теоретически рассчитанных спектров ЭПР принадлежит совокупности двух типов парамагнитных дырочных дефектов {Ад/ (CIBr)aa' vc" ] и [Кс+ (ClBr)aa' Vc ]. ЯВЛЯЮЩИХСЯ ПрОДуКТЗМИ ВЗЭИМОДеЙСТВИЯ Vc" с дырочными центрами и замороживается при быстром охлаждении кристалла. На рис. 5 приведены схемы образования и дальнейшего распада промежуточных дефектов в ходе термической релаксации. В ходе нагрева кристалла, если ve" подходит к дефекту типа [Адс2+ С1а" Вга" Кс" ] с "калиевыми" концами (рис.5 а), то "пустой узел переходят ионы К/ и образуются парамагнитные промежуточные дефекты типа [Agc2* С1а' Вга" vc" ] (рис.5 б).Так как электронное сродство Вг меньше, чем С)" , в ходе термического отжига электрон от иона Вг" , перехватывается ионом Адс2* и преобразуется в промежуточный дефект типа [Ад/ (С1Вг)аа vc" ] (рис.5 в). Эти дефекты термически нестабильны и быстро распадаются, образуя подвижные VF(Br) - центры, т.е. дефекты типа [(С1Вг)аа vc" ] (рис.5 г).

- и -

т

3,0 V - 7 \ о - 1 / \ о / \ 1. / \ а { 2,0 V 5.0 V [1т

/ Г Ьп 2.0 п п 10 П М 0 \х И 1.0 п ( V- >0 N / Г 5, о [т

- га - 2 0 - 0 с 0 га 1с

[110] а

о - ,'.0 0 Г.о 2,0 1.0

Рис. 4. .. Спектры ЭПР, рассчитанные для дефектов следующего 1а:

-[^(Вгсд^и;] а [^(ысОГагу;];

б -^(Ьгсе)^ (Вг-се^а.;

г -

типа: а

О © 0 0 о

© 0 V* се' ©

0 © bf Г 0 © 0 © 0 Q

i

0 © 0 © 0 © ©4У€>0

0 ©(^/D © © 0 © 0 К*

0 © 0 © ©

© 0 я far © 0 © bf □ £

© 0 © 0 tA IfyVerica Jtrc-

г

© V © © e

© 0©/©0 0 ©(£?/□ 0

© 0 © 0 v

[(frcixi tre-j

Рис. 5. Схемы образования и распада промежуточных дефектов.

Реакцию этих процессов можно записать в следующем виде; [Agc2+ CI," Br," Кс+ ]+ vc" [Agc2tCI. Br. v0 ] +КС+

[Аде+ (CIBr)«' vc" ] ->Адс+ + [(CIBr).." vc" ] (5)

Если вакансии vc" подходят к дефекту типа [Кс2+ С1а' Вга" Адс* ], с "серебрянными" концами,тогда образуются дефекты типа [Кс2* С1а"Вга Vcl, и в дальнейшем - ЦС (С1Вг)аа" vc' ]. Эти промежуточные дефекты также термически нестабильны. В ходе нагрева кристалла они распадаются, образуя также подвижные дефекты типа [ (CIBr)^ vc" ], т.е. VF(Br) - центры. В целом по кристаллу вероятность протекания этих двух процессов одинаково. Поэтому в ходе нагрева кристалла одновременно проявляются оба эти промежуточные дефекты: [Ад/ (С1Вг)аа" vc" ] и [К/ (CIBr)« vc" ].

Рассчитанные нами спектры для дефектов типа [Адс2* С13" С1а' К/ ] (Адс2+ -центр) в кристаллах KCI-Ag совпадают с экспериментальными

данными, полученными в работе [1], где некомпенсированный электрон взаимодействует четырями ядрами хлора и содержит 38 линий. Процесс взаимодействия подвижных vc" с дефектами типа [Ад/1 С1а" С1а" К/ ] в очищенных кристаллах КС1-Ад, образования промежуточных дефектов типа [ Agc2t (Cl2 )аа" vc" ] и процесс "увлечения" от них дырок С12" происходит в следующем виде: [Ag„2+ CI." CI. Ко* ] + vc- [ Адс2* CI," CI.' ve' ] + Ко*

[Ад/ (С12)..- vc" ] -»Ад/ + [(Cl2),; v." ] (6) Таким образом образующиеся по реакции (5) и (6) в ходе термического отжига VF [(С12 ),»" vc" ] или VF [(CIBr )аа' vc" I - центры, в дальнейшем приводят к распаду электронных центров, возникновению

TCJ1 и возрастанию концентрации дип^—"...... Va' v0" по реакции (2) и по

следующим оояцЯнг. Vp +Рд (v/e"Ag/)-> Ад/ +v/ vc" (7)

VF +(Ag„°)-> Ад/ +vc" +h ¡> (8)

VF + Ад," -Э Ад/ v/ Ад/ v.* ^ Ад/ +v/ + e (9) Рассмотрим механизмы радиационно-ионных процессов в кристаллах NaCI и KCl во втором интервале температур ( для NaCI -390- 460 К, а для KCl -350-410 К). Во втором интервале температур происходит дальнейший термический отжиг РЦ, возрастание концентрации vc", уменьшение концентрации v/ vc" а также возникает ТСЛ, спектральный состав которой, как и в первом интервале температур, соответствует свечению активатора Ад* и а - люминесценции. В кристаллах NaCI и KCl, легированных М2+ примесями, термической отжиг РЦ происходит во II и в III интервале температур.

В кристаллах NaCI и KCl легированных М2+ , образуются нейтральные комплексные дефекты типа М2+ v/ С увеличением концентрации М2+ , увеличивается концентрация комплексов M2t vc' и усиливаются релаксационные процессы, происходящие в II интервале температур.

Термический распад V2 -, V» -, V22 -, Ад/* -центров во втором интервале температур обусловленный взаимодействием с ними подвижных vc' происходит по реакциям (2), (5), (6) и далее: v<s" + V« -> Ag+ + Vf+ Hf (10)

Vc+V2Z-»M2*Vc" + VF + HF (11)

- 14 -

Образующиеся подвижные VF - и HF -центры рекомбинируют с электронными центрами также, как в первом интервале температур.

В завершающем третьем интервале температур в "чистых" и легированных кристаллах NaCI (460-520 К) и KCl (410-500 К) происходит термический отжиг РЦ и возникает ТСЛ кристалла.

В этом интервале температур происходит термическая диссоциация дырочных V2 -,V2a -Ун - и Адс2* -центров на подвижные VF Hf - и Н - центры. Образующиеся при этом подвижные VF - и HF - центры также, как в первом и во втором интервале температур, приводят к полному термическому отжигу электронных центров.

Изучено также влияние анионных дефектов, в частности анионных вакансий (va*) и плотности дислокации на ход термического распада РЦ и их механизмы взаимодействия в кристаллах NaCI и KCl.

Электронные F-, FA -, Aga" -центры образуются на дорадиационных и радиационно созданных va+ . Создание va* в кристаллах NaCI и KCl была осуществлено путем облучения рентгенизованного кристалла интенсивным светом в спектральной области F-полосы поглощения.

Полученные экспериментальные результаты показывают, что v/ и дислокации захватывают радиационно созданные и образованные в ходе термической релаксации v0\ Поэтому в тех кристаллах, где имеются va+ и дислокации, концентрация vc", участвующих в радиационно-ионных процессах уменьшается. Этот процесс приводит к уменьшению доли распада РЦ в первом и во втором интервалах температур.

Таким образом, в "чистых" и легированных кристаллах NaCI и KCl, термический отжиг и преобразование РЦ обусловлены радиационно ионными процессами, протекающими в результате взаимодействия vc" с дырочными центрами.

Основные результаты и выводы

1. Термический отжиг РД в "чистых" и легированных кристаллах происходит в трех интервалах температур и носит структурно-чувствительный характер (для NaCI "хч" и легированных Ад+ и М2* ионами эти интервалы: I - 330-390 К; II - 390-460 К; III - 460-520 К, а

- 15 -

для KCI "хч" и легированных ионами Ад* и М2* соответственно: I - 290350 К; II - 390-410 К; III - 410-500 К).

2. В ЩГК, легированных ионами Ад+ , на первой температурной стадии происходит диссоциация дырочных Ад/* - центров в результате взаимодействия с ними vc", отщепленных от радиационно созданных дефектов типа Ада' ... vc" . На второй стадии диссоциация дырочных центров происходит в результате взаимодействия с ними vc" , отщепленных от имеющихся в кристалле комплексов типа va* vc".

Методом ЭПР установлено,что в результате взаимодействия vc" с дырочными Адс2+ -центрами образуются промежуточные продукты типа [Agc+ (Cl2)aa" vc" ] или [Адс* (CIBr)aa" vc" ], при диссоциации которых образуются подвижные VF -центры, которые приводят к отжигу электронных центров в том же интервале температур.

4. В кристаллах KCI ВЧС радиационное облучение создает одиночные катионные вакансии и бивакансии, приводящие к термическому распаду и преобразованию радиационных центров в низкотемпературных интервалах.

5. В высокотемпературном интервале в "чистых" и легированных кристаллах NaCI и KCI происходит термическая диссоциация дырочных центров на подвижные VF - и Н-центры, которые в свою очередь приводят к распаду электронных центров и восстановлению кристаллической решетки.

6. Пластическая деформация приводит к изменению концентрации дефектов типа vc\ va+, va+vc", дислокации и т.д. Дислокация является стоком для дефектов типа va+, vc", va+ vc". Поэтому с ростом плотности дислокаций термическая устойчивость радиационных центров растет, процесс их отжига и преобразования смещается в область высоких температур.

7. Установлено, что источниками подвижных дефектов, в частности vc', являются дефекты типа Ада"... vc", va+vc", M2*vc" дислокации, для анионных вакансий - Aga" , va+ vc", F , Fa. Центрами захвата подвижных дефектов, в частности vc* , являются имеющиеся в кристаллах до облучения и возникающие в процессе термического отжига va+, М2+, дислокаций и др.

Список цитированных литератур.

1. Delbecq Ch., Hayes N., О Brein M., Yuster P.H. Paramagnetic resonance

and absoption of trapped holes and electrons in irradiated KCI-Ag. Proc.

Roy.Soc. - 1963., A. 271. - p. 243-267.

2. Заитов Ф.Н., Сидляренко В.И., Исмаилов Ш.И. О механизме

термического отжига радиационных микродефектов в KCI-Ag. -Изв.

ВУЗов физика. -1984. № 9, -с. 8-12.

3. Арапов Б., Сидляренко В.И., Осконбаев М.Ч. ЭПР первичных и промежуточных радиационных дефектов в кристаллах KCI-Ag. -Сб. научных трудов ОшГУ. Физико-математические науки. -Ош. -1995.-с.54-62.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Арапов Б.,Мурзабеков Ж.,Осконбаев М.,Камалов С. Многоканальная установка для одновременного исследования ТО и ТСЛ кристалла в 77-600 К. -Тезисы докладов и сообщений XXIX научно-теоретической конференции преподавателей. -ОШ. -1989 г. -с. 156-157.

2.Арапов Б., Осконбаев М.Ч..Сидляренко В.И. Влияние пластической деформации на термическую устойчивость F-центров окраски в кристаллах NaCI,KCI,KBr. -Тез. док.11 Респ.конф. по ФТТ. -ОШ. 1989. -с.68

3.Арапов Б.,Осконбаев М., Мурзабеков Ж. Роль ионно-дырочных процессов в люминесценции кристаллов NaCI. -Тезисы докл. VI Всесоюзное совещания "Физика,химия и технология люминофоров" -Ставрополь. -1989.Ч.И. -с.57-58.

4. Арапов Б., Осконбаев М.,Мурзабеков Ж.Камалов С. Диссоциация и распад дырочных и электронных центров в кристаллах NaCI. -Тез. докл. II Респ.конф. по ФТТ. -ОШ. -1989. -С. 98.

- Г7 -

5. Арапов Б., Камалов С.,Осконбаев М. Распад радиационных дефектов и рекомбинационная люминесценция в кристаллах МаС1-Ад.-Материалы И-Респ. конф. по ФТТ. -Ош. 1990. -с. 138-145.

6. Арапов Б., Осконбаев М.Ч., Сидляренко В.И. Влияние пластической деформации на термическую устойчивость Р-центров в ЫаС1,КС1 и КВг. -Изв. АН Кирг.ССР. сер.физ.мат. итех.наук. -1990 №4. -с 45-49.

7. Арапов Б., Камалов С., Осконбаев М. Механизмы распада радиационных дефектов и возникновения рекомбинационной люминесценции в кристаллах МаС1-Ад. -Тез. докл. П-Респ. конф. "ФТТ и новые области ее применения". -Караганда. -1990. -с. 165.

8. Осконбаев М., Арапов Б. №С( кристаллдарында радиациялык дефектердин нурдануусунун спектралдык составы жана анын озгочолуктору. -Сборник тез. I Респ. конф. молодых ученых и препод, физики. -Фрунзе. -1990. -с. 84-86.

9. Осконбаев М., Арапов Б. Распад радиационных дефектов и ТСЛ кристаллах №С1 легированных Ад и Са. -Рад. физ. и хим. твер. тела. -Тез. докл. семинара молодых ученых. -Львов. -1990 -с. 24.

10. Арапов Б., Осконбаев М., Камалов С. Люминесценция и ионно-дырочные процессы в кристаллах №С1. -ФТТ. -1991,- Т.ЗЗ N: 11.-е. 3158-3162.

11. Арапов Б., Исмаилов Ш., Осконбаев М. Энергия активация релаксационных процессов в кристаллах КС1-Ад и №С1-Ад. -Изв. АН Кирг.ССР. Сер. физ.-мат. и тех. наук. -1991.Ы:2. -с. 31-35.

12 . Арапов Б., Осконбаев М. Распад радиационных дефектов и ТСЛ в кристаллах ЫаС1-Ад, Са. -Тез. докл. и сооб. XXX Научно-теоретической конф. преп. ОшПИ. - Ош. -1991. -с.8.

13. Арапов Б., Осконбаев М. О роли вакансионных дефектов в термическом распаде центров окраски в ЩГК. - Тез.докл. I региональной конференции республик Средней Азии и Казакстана по радиационной физике твердого тела. -Самарканд -1991. -с. 68

14. Арапов Б., Осконбаев М. Анионные дефекты и распад центров окраски в ЩГК. -Сб. тез. докл. респ. конф. "Актуальные проблемы полупроводниковых структурных элементов". -Фергана. -1992.-е.56.

15. Арапов Б., Осконбаев М. ЭПР первичных и промежуточных радиационных дефектов в кристаллах KCI-Ag. -Тез. докл. VIII международн. конф. по радиационной физике и химии неорганических матариалов. (РФХ-VIII). -Томск. -1993. -с.40.

16. Арапов Б., Осконбаев М., Кошуев А. Вакансионные дефекты и отжиг и тушение свечения центров в ЩГК. -Тез. докл. VII международн. конф. по радиационной физике и химии неорганических материалов. -Томск.-1993. -с. 41.

17. Осконбаев М.Ч. Радиационно-ионные механизмы низкотемпературного распада радиационных дефектов в ЩГК. -Тез. докл. Междунар. научно-теоретической конф. "Аналитические методы математической физики и проблемы их преподавания". -Ош. - 1994. -с. 67-69.

18. Арапов Б.,Осконбаев М.Ч. Радиационно-ионные процессы и запись информации в широкощелевых диэлектриках. -Тез.докл. Междун. научно-практической конференции "Современные методы информационных технологий" -Ош. -1995. -с.70.

19. Арапов Б.,Осконбаев М.Ч.,Кошуев А. Термическая устойчивость лазерноактивных центров в ионных кристаллах. -Тез.докл.Междунар. научно-практической конф."Современные методы информационных технологий". -Ош -1995. с. 7.

20. Арапов Б.А., Сидляренко В.И.,Осконбаев М.Ч. ЭПР первичных и промежуточных радиационных дефектов в кристаллах KCI-Ag. -Сборник научных трудов ОшГУ, естественные науки.-В.1. -Ош. -1995. -с.54-62.

- 19 -

ОСКОНБАЕВ МАРАЛБЕК ЧОТОЕВИЧ

NaCI ЖАНА KCl КРИСТАЛЛДАРЫНДАГЫ РАДИАЦИЯЛЫК TYCTOHYY БОРБОРЛОРУНУН АЖЫРОО ЖАНА КАЙРА ТУЗУЛУУСУНДОГУ ВАКАНСИЯЛЫК ДЕФЕКТЕРДИН РОЛУ.

Бул иште таза жана бир (Ад*) же эки (М2*) валенттуу кошулмалары бар NaCI жана KCl кристаплдарындагы радиациялык тустонуу борборлорунун жок болуусундагы , катиондук (vc), аниондук (va* ), жуп боштуктардын (vc"0 жана башка дефектердин ролу изилденген. Ал процесстер негизинен уч температуралык интервалда журот жана озгоруу интервалдары бир- бири менен дал келет. Мындай дал келуучулук электрондук жана козонокгук тустонуу борборлорунун жок болуу механизминде кандайдыр бир жаллылык бар экендигин корсотот. Экспериментальдык мате риалдарды анализдоо рентген нурунун таасиринде тузулгон же термикалык ажыроо процессинде пайда болгон v0", козоноктук радиациялык дефектер менен аракет этип турукгуу эмес дефектердин пайда болушуна алып келет. Бул турукгуу эмес дефектер диссоциацияланып козоноктук дефекгерди пайда кылат. Пайда болгон кыймылдуу козоноктук дефектер электрондук тустонуу борборлорунун термикалык ажыроосуна себеп болот.

Аниондук боштуктардын концентрациясынын кобойушу жана дислокациялардын тыгыздыгы чон болгон кристаллдарда структурасы ар турдуу радиациялык тустонуу борборлорунун термикалык туруктуулугун жогорулатат. Бул аталган дефектер кристаллдардагы катиондук боштуктардын жутулуу булагы болот.

Мына ошентип, таза жана бир (Ад*) же эки (М2+) валенттуу кошулмалары бар NaCI жана KCl кристаллдарында радиациялык дефектердин термикалык жок болуусу жана бир-бирине айланышы кристаллдардагы радиациялык иондук процесстер менен байланышкан.

OSKONBAEV MARALBEK CHOTOEVICH

THE ROLE OF VACANT DEFECTS IN DECAY AND RECONSTRUCTION OF RADIATION CENTERS IN CRYSTALS OF NaCI AND KCI

In this work the thermal fritting and transformation of structurally different radiation defects in pure, and alloyed by one (Ag*) and two (M2+) valented admixtures, crystals of NaCI and KCI were studied. The thermal fritting of radiation defects and the change in consentration cationic vacancies and double vacancies in pure and alloyed crystals of NacI and KCI happens in three temperature ranges and coincide with each other. The coincidence of the temperature ranges of relaxation processes of stucturally different radiation defects means that the common character of decay mechanism and formation of these defects, the analysis of experimental data showed that, radiation and formed during the thermal relaxation vacancies , catalysts of dissociation of hole centers on mobile hole defects. These mobile defects in their furn cause the decay of electronic centers.

The role of anion vacancies and dislocation on thermal stability of radiation defects was studied. Anion vacancies and dislocation are the gutter for cation vacancies and that's why radiation defects in crystals hat have large concentration of anion vacancies and density of dislocation have more thermal stability.

So, in pure and alloyed (Ag+) and (M2*) crystals of NaCI and KCI fritting and transformation of radiation defects depend on radiation - ionic processes that are taking place in these crystals.