Токи и дефектообразование в ЩГК в сильных и сверхсильных электрических полях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

%

Солдатова Людмила Юрьевна

ТОКИ И ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЕ В ЩГК В СИЛЬНЫХ И СВЕРХСШТЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ

01.04.10 - Физика полупроводников и диэлектриков

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск - 1998

Работа выполнена в Томском государственном университете автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР).

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор Н.С. Несмелов,

кандидат физико-математических наук, доцент С.Г. Еханин.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор A.B. Войцеховский,

кандидат физико-математических наук, A.M. При гулов.

Ведущая организация: Институт физики прочности и материаловедения СО РАН.

Защита состоится " // " си~<?ису 1998 г. в/^¿f часов на заседании диссертационного совета К 063.53,05 в Томском государственном университете ( 634050, Томск, пр. Ленина 36 ).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Томского государственного университета.

Автореферат разослан " ¿Г" *х.и}Я- 1998 г.

Ученый секретарь П

диссертационного совета (у /f-u>:XtUt<:L И.Н. Анохина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие науки и техники привело к расширению области применения диэлектриков. Во многих устройствах используются слои диэлектриков, которые длительное время должны работать в условиях сильных электрических полей. При этом в диэлектриках протекают физические процессы, приводящие, к изменению структуры вещества и ухудшению его электроизоляционных свойств. Поэтому изучение процессов, проходящих в диэлектриках в сильных электрических полях, является важной практической задачей. Исследования любых сложных процессов проводят обычно на наиболее простых в структурном отношении и хорошо изученных материалах, так называемых модельных. К ним относятся щелочногалоидные кристаллы ( ЩГК ).

Исследование свойств ЩГК в сильных электрических полях ведется на протяжении многих лет. Но интерес к этим материалам как модели диэлектрика с ионной связью не ослабевает. Благодаря эффекту электрического упрочнения с уменьшением толщины диэлектрика появилась возможность проводить исследования ЩГК в сверхсильных электрических полях. Сверхсильные электрические поля - это поля, превышающие по напряженности пробивные для диэлектриков с толщиной более 20 - 30 мкм и реализуемые в более тонких слоях, то есть поля с напряженностью более 1 МВ/см. В таких полях был обнаружен ряд новых явлений ( ударная ионизация, электролюминесценция, эмиссия горячих электронов в вакуум, генерация электрическим полем дополнительных линейных и точечных дефектов и др. ).

Сравнительно небольшое число работ посвящено исследованию токов, процессов ударной ионизации, пробоя и электрической прочности ЩГК в условиях сверхсильных электрических полей. Однако при исследовании токов в ЩГК не учитывалось, что в сильных и сверхсильных электрических полях возможна генерация дефектов в процессе измерения вольт-амперных характеристик (ВАХ), что может влиять на измеряемые характеристики.

В ЩГК в основном исследовано появление дефектов при механических и радиационных воздействиях. Но при наблюдении

электролюминесценции в области сверхсильных электрических полей обнаружено появление дефектов кристаллической решетки под действием электрического поля. Механизм появления этих дефектов до конца не изучен. Появление дефектов под действием сверхсильных электрических полей, по-видимому, является составным элементом таких давно исследуемых явлений как пробой и старение материала, которые, с одной стороны, ограничивают применение материалов, но с другой стороны, находят практическое применение в ряде устройств. Дефектообразование и протекающие токи в ЩГК в сверхсильных электрических полях могут быть взаимосвязаны. Поэтому необходимо исследовать не только кинетику генерации дефектов в сверхсильном электрическом поле, но и влияние генерации дефектов на свойства и характеристики ЩГК. Такое исследование является актуальным по той причине, что по мере приближения к пробивным полям процессы дефектообразования начинают играть определяющую роль в переносе зарядов, ударной ионизации, электролюминесценции, и, в конечном счете, в пробое диэлектрика.

Данная работа выполнена в рамках госбюджетных тем N 14/94 "Низкотемпературные исследования ионных и электронных процессов в щелочногалоидных кристаллах в условиях сильных и сверхсильных электрических полей" и N4/97 "Исследование ионных и электронных процессов в щелочногалоидных кристаллах в области сильных и сверхсильных электрических полей", выполняемых в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники по единому заказ-наряду (темы N 14/94 и N 4/97 согласованы с Головным советом "Физика, подсекция Физика твердого тела" ).

Цель работы. Изучение характера токов и кинетики дефектообразования в ЩГК в сверхсильном электрическом поле при различных температурах, а также исследование влияния дефектообразования на ток и его состав, выявление роли ионных процессов в обшей картине физических явлений, проходящих в диэлектрике в сверхсильных электрических полях.

Научная новизна. В данной работе впервые целенаправленно комплексно исследованы процессы дефектодбразовання и токопрохождення в тонких монокристаллических слоях ИаС1 в сверхсильных электрических полях. В частности:

1.На основании проведенных экспериментов и теоретических расчетов определен состав токов на каждом участке ВАХ. Показано, что в сверхсильных электрических полях не реализуется механизм токов, ограниченных пространственным зарядом.

2. Исследовано влияние напряженности электрического поля на изменение плотности дислокаций в зависимости от температуры и времени воздействия поля.

3. Исследовано изменение плотности дислокаций в процессе измерения ВАХ и вольтяркостных характеристик ( ВЯХ ).

4. Впервые показано значительное влияние ионных процессов и связанных с ними структурных изменении в монокристаллических слоях ЩГК на протекание электронно-оптических явлений в этих кристаллах в условиях сверхсильных электрических полей.

Научная и практическая ценность работы. Результаты проведенных исследований носят фундаментальный характер и могут быть использованы при разработке количественных теорий в области физики диэлектриков сильных и сверхсильных электрических полей (в теориях электролюминесценции, электрического пробоя твердых диэлектриков, деградационных процессов и электрического старения диэлектрических материалов ).

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Ионные токи определяют последующее развитие элек-троннооптических процессов в сверхсильных электрических полях и пробой. Это влияние усиливается с увеличением начальной концентрации дефектов в образце и с увеличением напряженности электрического поля вследствие процесса генерации дефектов в сверхсильном электрическом поле.

2. До начала свечения электронные токи через образец не протекают. Появление электронных токов обусловлено автоэлектронной эмиссией из электролитового электрода, причем это

-б -

происходит в полях с такой напряженностью, при которой захват электронов ловушками не наблюдается и не реализуется механизм токов, ограниченных пространственным зарядом.

3. Напряженность поля, при которой начинается заметная автоэлектронная эмиссия в значительной степени зависит or интенсивности структурных изменений в образце, протекания ионных токов. Этими процессами и объясняется смещение изгибов на вольт - амперной характеристике, связанных с изменением характера тока, и начала ВЯХ в область более сильных полей в зависимости от начальной концентрации дефектов, времени и температуры.

4. Кинетика дефектообразования в ЩГК в электрических полях при напряженностях Е < 1 МВ/см определяется размножением дислокаций вследствие их пересечения и взаимодействия при движении под действием кулоновских сил (полевой механизм ), а при Е > 1 МВ/см - генерацией дислокаций вследствие термоупругих напряжений, вызванных локальным протеканием электронного тока.

Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались и обсуждались на I и П Республиканских конференциях по физике твердого тела ( г. Караганда, 1986 и 1990 гг. ), на расширенном заседании секции электролюминесценции Научного Совета по люминесценции АН СССР ( г. Запорожье, 1987 г. ), на IY Всесоюзной конференции по физике диэлектриков ( г. Томск, 1988 г.), на XXXTY и XXXY Международных научных конференциях студентов и аспирантов ( г. Новосибирск, 1996,1997 гг. ).

Всего по теме диссертации опубликовано 9 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы из 146 наименований и содержит 164 страницы сквозной нумерации, 43 рисунка и три таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложено ее содержание, сформулированы цель исследований, научная новизна полученных результатов и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер. В ней рассматриваются токи в ЩГК в сильных и сверхсильных электрических полях, процессы ударной ионизации и свечение, возникающие в пред-пробивных полях, типы дефектов в реальном кристалле, влияние электрического поля на дефекты.

Из приведенного литературного обзора можно сделать вывод о том, что при приложении электрического поля в твердых диэлектриках сначала появляются ионные токи. Они наблюдаются при гораздо меньших напряженностях электрического поля, чем электронные. С появлением электронных токов ионные токи не исчезают и с увеличением напряженности электрического поля величина ионного тока должна экспоненциально возрастать [1].

Анализ ранее проведенных экспериментальных работ по изучению токов в тонких слоях ЩГК показал, что в этих экспериментах не учитывалась возможность появления токов утечки, при интерпретации состава тока авторы без достаточного экспериментального обоснования пренебрегали ионной составляющей тока, не учитывалась возможность появления токов, ограниченных пространственным зарядом ( ТОГО ). Все это требует дополнительной экспериментальной проверки и, на ее основе, новой интерпретации природы участков ВАХ тонких слоев ЩГК.

Данные по исследованию процессов ударной ионизации и свечения ЩГК в предпробивных полях позволяют сделать однозначный вывод о том, что возникновение свечения в тонких слоях в сверхсильных электрических полях связано с появлением электронного тока, а само свечение является электролюминесценцией, при которой реализуется ударный механизм возбуждения центров свечения, которыми являются анионные вакансии.

Из литературы известно, что сильное электрическое поле оказывает влияние на дефекты кристалла. Это влияние прояв-

ляется в следующем. Сильное однородное поле вызывает движение заряженных точечных дефектов и поляризацию нейтральных дефектов. Заряженные дефекты, смещаясь в область катода или анода, соответственно, создают там области объемного заряда, что будет приводить к нарушению однородности распределения поля по толщине диэлектрика. Заряженные примеси также будут перемещаться в поле в зависимости от знака своего заряда. Так как дислокации также имеют заряд, то под действием приложенного электрического поля они тоже будут перемещаться по кристаллу. При движении дислокаций происходит их пересечение и образование новых дислокаций и точечных дефектов. Возможен также захват заряженных точечных дефектов движущимися дислокациями. В сверхсильных электрических полях эти процессы должны усиливаться.

Несмотря на то, что ионные и электронные токи и процессы дефектообразования протекают в одних и тех же полях и одновременно, во всех предыдущих исследованиях связь этих явлений не пытались установить и при обсуждении экспериментально измеренных В АХ не учитывалась роль и влияние на ВАХ процессов дефектообразования. Поэтому требовалось провести измерения ВАХ и ВЯХ в условиях, когда возникающие при измерениях необратимые изменения структуры кристалла были бы минимальными. Кроме того, необходимо провести комплексное исследование токов и процессов дефектообразования под действием электрического ноля в тонких слоях ЩГК и установить возможные корреляции между этими процессами и оценить их возможный вклад в электрический пробой и электрическое старение ЩГК.

В конце главы формулируются общие задачи работы:

1) Провести измерения ВАХ тонких слоев ЩГК с электро-лнтобыми электродами, по точкам, на одиночных коротких импульсах с крутым фронтом, с компенсацией емкостной составляющей. Измерения необходимо выполнить при различных условиях ( разная температура, время, начальная концентрация дефектов. изменение полярности приложенного напряжения ).

2) Исследовать кинетику дефектообразования в сильных и сверхсильных электрических полях.

3) Провести комплексные исследования ВА_Х, ВЯХ и процессов дефектообразования.

Во второй главе изложены технологические приемы изготовления образцов, описаны экспериментальные установки и методики измерений, проведен расчет ошибок измерений.

Исходным материалом являются кристаллы №0. выращенные из ОСЧ расплава методом Кирополуса. Исследования токов и кинетики дефектообразования проводилось, в основном, на тонких (<1 = 2-б мкм ) слоях №С1. Для получения таких тонких слоев из кристалла ИаС1 выкалывалась пластинка размером 20 х35 хЗ мм. затем со стороны широких граней во встречном направлении анизотропным растворителем вымывались соосные лунки. Материал, оставшийся между лунками, являлся рабочим слоем. За счет резкой анизотропии растворения рабочий слой представлял собой тонкую пластинку микронной толщины с высокой степенью плоскопараллельности. Площадь слоя равной толщины достигала 1 мм2. Начальная концентрация дефектов в образцах, приготовленных по такой методике, была минимальной и близкой к равновесной. Для проведения исследований ВАХ было необходимо использовать образцы с различной начальной концентрацией дефектов. Для этого у части образцов со стороны широких граней сначала механически засверлнвались соосные лунки до расстояния между ними 1-1,2 мм. Затем расстояние между лунками доводилось до нужной толщины с помощью анизотропного растворения. Начальная концентрация дефектов в таких образцах превышала равновесную примерно на два порядка.

Визуальные исследования дислокационной структуры слоев проведены методом избирательного травления поверхности слоя. Наблюдение изменений дислокационной картины после прикладывания электрического поля к образцу может быть осуществлено только при использовании в качестве электродов электролита, который не оказывает травящего действия на материал. Этому требованию в полной мере удовлетворяет насыщенный раствор МаС1 в бутиловом спирте. Визуальные исследования дислокационной картины слоев проведены с помощью микроскопа МИМ - 7.

Измерения ВАХ и ВЯХ образцов НаС'1 были проведены на установке, позволяющей производить измерения зависимостей между яркостью электролюминесценции, током, текущем через образец и напряжением при различных температурах. В качестве электродов был тоже нспользован насыщенный раствор ИаС1 в бутиловом спирте. Такой электрод позволяет создавать в образце поля с существенно более высокой напряженностью по сравнению с другими электродами [2]. Кроме того этот электролит может быть использован в экспериментах в температурном интервале от плюс 20 °С до минус 35 °С. При температурах, меньших минус 35 °С сопротивление этого электролитового электрода резко возрастало, что делало невозможным проведение экспериментов при более низких температурах.

В третьей главе приведены экспериментальные результаты по исследованию ВАХ и ВЯХ тонких монокристаллических слоев ЫаС1 н их обсуждение.

Измерения ВАХ и ВЯХ проводились в различных условиях на образцах с разной толщиной и начальной концентрацией дефектов. На ВАХ, представленной в координатах 1п(1)=£(1/Н), можно выделить три участка. Тот факт, что на третьем участке наблюдается свечение, а так же то, что ток на третьем участке зависит от толщины образца (это характерно для токов, обусловленных процессами ударной ионизации ). позволяют сделать вывод о том, что на третьем участке ВАХ преобладает электронный ток. Для уточнения природы тока на первом и втором участках ВАХ были проведены дополнительные исследования.

В связи с предложенным в литературе одним из механизмов попадания электронов из электролита в диэлектрик ( электроны, попадающие из катода в диэлектрик, захватываются вакансиями отрицательных ионов, а затем под действием приложенного электрического поля переходят в зону проводимости [3]) может наблюдаться режим токов, ограниченных пространственным зарядом ( ТОПЗ). Поэтом}' было проверено реализуется ли режим ТОПЗ в полях напряженностью 0,1-1 МВ/см. Для этого экспериментальные ВАХ были построены в координатах 1§1НГ(1§и). На такой зависимости действительно есть участок резкого.роста тока

( второй участок ), но наклоны первого и третьего участков не соответствуют наклонам соответствующих участков при наличии ТОПЗ. Резкий рост тока на втором участке может быть вызван двумя причинами: освобождением электронов с ловушек или ударной ионизацией. Известно [4], что в случае ТОПЗ II] ~ с12 (И) - это напряжение, при котором начинается резкий рост тока, (1 - толщина образца ), а если этот рост связан с ударной ионизацией, то и) ~ (1. Эти две зависимости были построены и оказалось, что и | ~ с!, то есть рост тока вызван ударной ионизацией, в сверхсильных электрических полях ТОПЗ не наблюдается.

В связи с имеющимися в литературе данными о генерации дефектов в сильных электрических полях и зависимостью их генерации от времени воздействия и напряженности поля, можно ожидать, что в процессе измерения В АХ будет иметь место генерация дефектов. Это должно приводить к возрастанию доли ионного тока с увеличением времени воздействия электрического поля. Дпя проверки этого предположения были проведены многократные измерения ВАХ и ВЯХ, методика проведения которых заключалась в следующем. Проводилось первое измерение ВАХ и ВЯХ как обычно. При этих измерениях очень важно, чтобы образец не был пробит. Поэтому после каждого измерения образец внимательно рассматривался под микроскопом на предмет отсутствия каналов микропробоя. После этого проводилось второе измерение ВАХ и ВЯХ и т.д.

При проведении многократных измерений ВАХ и ВЯХ образцов было обнаружено, что при втором и последующих измерениях ток на начальном участке ВАХ стал несколько выше, чем при первом измерении при тех же значениях напряжения. Кроме того, при втором и последующих измерениях начало свечения стало совпадать с изгибом на ВАХ, тогда как при первом измерении изгиб на ВАХ начинается значительно раньше, чем появлялось свечение образца. Кроме того, свечение образца при втором и последующих измерениях начинается при меньших напряжен-ностях электрического поля, чем при первом измерении. Увеличение тока на начальных участках ВАХ можно объяснить тем, что при первом измерении ВАХ в образце создаются дополнительные

дефекты, которые могут иметь электрический заряд и перемещаться под действием приложенного электрического поля. Если при измерении ВАХ после измерительного импульса подавать на образец импульс обратной полярности ( переполюсовка ) меньшей амплитуды, но большей длительности, то это может ограничить смещение заряженных дефектов и, соответственно, уменьшить их вклад в величину ионного тока. Результаты таких измерений показали, что свечение при измерениях с переполюсовкой начинается при больших напряженностях поля, чем во время измерений без переполюсовки. Ток после первого излома на ВАХ растет медленее при измерениях с переполюсовкой, а сам излом наблюдается при больших напряженностях поля. Все это позволяет утверждать, что после первого излома на ВАХ, измеренных без переполюсовки, начинает преобладать ионный ток. Этот же вывод подтверждают и измерения ВАХ образцов с различной начальной концентрацией дефектов. При меньшей начальной концентрации дефектов излом на ВАХ и начало свечения смещаются в область больших полей, так как меньшая начальная концентрация дефектов сказывается на величине ионного тока и приводит к уменьшению степени искажения распределения ноля в слое.

Для уточнения природы тока на первом участке были проведены измерения ВАХ в интервале температур от комнатной до минус 35 °С. Было обнаружено, что с понижением температуры уменьшается величина токов, протекающих через образец, на первом и втором участках, изломы на ВАХ и начало свечения смещаются в область более сильных полей. Все это подтверждает предположение о том, что на первом и втором участках ВАХ преобладают ионные токи.

В четвертой главе представлены результаты по исследованию генерации дислокаций в тонких монокристаллических слоях ИаС1 в интервале полей от 104 до 107 В/см при различном времени воздействия электрического поля в диапазоне температур от комнатной до минус 35 °С, определены механизмы генерации дислокаций в сильных и сверхсильных электрических полях. В этой главе также приведены расчетные оценки ионной и электронной составляющих тока через тонкий монокрист&гишческий слой ЩГК

в сверхсильном электрическом поле в зависимости от напряженности электрического поля при комнатной температуре.

Исследования изменения плотности дислокаций под действием электрического поля показали, что при подаче на образец импульса напряжения длительностью 50 мс в интервале полей (1-б)«104 В/см наблюдается небольшое увеличение плотности дислокаций по сравнению с исходной. Дальнейшее увеличение напряженности поля приводит к более значительному возрастанию плотности дислокаций. С целью выяснения влияния длительности нахождения образца в сильном электрическом поле были проведены измерения плотности дислокаций после воздействия на образец коротких ( 0,2 мс) импульсов электрического поля. Было обнаружено, что в диапазоне полей 103 - 3«10б В/см не наблюдается изменения плотности дислокаций, а при напряженности поля Е> 3*10* В/см происходит значительное возрастание плотности дислокаций. Полученные результаты подтверждают, что время нахождения образца в электрическом поле влияет на изменение дислокационной структуры.

Для того, чтобы выяснить влияние изменения полярности приложенного напряжения были проведены измерения плотности дислокаций при подаче на образец коротких ( 0,2 мс ) импульсов высокого напряжения поочередно прямой и обратной полярности ( при общем Бремени воздействия поля 50 мс). Результаты этих измерений показали, что при таком воздействии электрическим полем не наблюдается значительного изменения плотности дислокаций до полей с напряженностью Е = 106 В/см. В полях с Е> 10* В/см происходит резкое возрастание плотности дислокаций. Полученные результаты показывают, что на изменение плотности дислокаций влияет не только время нахождения образца в электрическом поле, но и изменение направления поля.

Температурные исследования интенсивности генерации дислокаций проведены при длительности импульса воздействия электрического поля т = 1 мс. Было установлено, что с понижением температуры начало интенсивной генерации дислокаций смещается в область более сильных полей.

На основании анализа имеющихся в литературе данных можно выделить два механизма генерации дислокаций, которые могут реализовываться в сильных электрических полях. Это генерация дислокаций вследствие действия пондермоторных сил ( при этом образование дислокаций связывается с механическими напряжениями, возникающими в диэлектрике, помещенном в электрическое поле ). Либо генерация дислокаций вследствие их движения под действием электрического поля ( полевой механизм ).

Анализ полученных результатов ( смещение начала интенсивной генерации дислокаций в область более сильных полей с уменьшением времени воздействия поля и уменьшением температуры, а также при подаче на образец поочередно импульсов напряжения поочередно прямой и обратной полярности ) позволяют сделать вывод, что генерация дислокаций в сильном электрическом поле связана с их движением под действием кулонов-ских сил ( полевой механизм ).

Закономерности смещения точки перегиба на ВАХ, соответствующей изменению характера тока, и начала свечения в область более сильных полей происходят при тех же условиях, что и смещение начала интенсивной генерации дислокаций. Поэтому можно предположить, что эти процессы связаны между собой. Для проверки этого предположения было проведено сопоставление между измеренными ВАХ и ВЯХ и изменением плотности дислокаций. Для получения дислокационных картин, соответствующих определенным участкам ВАХ, измерение образца прекращали при каком-то определенном значении напряженности электрического поля и определяли плотность дислокаций методом избирательного травления. Установлено, что во всем диапазоне полей до Еур ( точки перегиба на ВАХ ) не происходит значительного нарастания плотности дислокаций. В интервале полей от Е^ до Есв ( напряженности поля, при которой появляется свечение образца ) наблюдается небольшое ( примерно в 5 раз ) увеличение плотности дислокаций, а появление свечения практически совпадает с резким ( почти в 30 раз ) увеличением плотности дислокаций по сравнению с первоначальной, то есть до воздействия электрическим полем.

При визуальном наблюдении дислокационных картин на тоник образцах при напряженности электрического поля, равной Есе, на поверхности слоя было обнаружено расположение областей с повышенной плотностью дислокационных ямок травления. Дальнейшее повышение напряженности электрического поля приводит к увеличению площадей областей с повышенной плотностью дислокаций и этот процесс продолжается до тех пор, пока области с повышенной плотностью дислокаций не распространятся на площадь всего слоя. Распространение областей с повышенной плотностью дислокаций на весь слой происходит за 1-2 импульса. Очевидно в областях с повышенной плотностью дислокационных ямок травления протекают локальные токи, которые могут возникнуть вследствие искажения однородности поля в образце из-за возникновения объемных зарядов, вызванных движением заряженных дефектов и началом автоэлектронной эмиссии из катода. Следствием локального протекания тока может быть нагрев, термоудар и связанное с ним резкое увеличение концентрации дефектов в окрестности токового канала [5].

В данной главе с помощью проведенных исследований мест возникновения свечения, дислокационных картин и электронно-оптических характеристик электролюминесценции ИаС1 показана связь дефектообразования и электронно-оптических характеристик электролюминесценции ЩГК. Причем, чем больше напряженность электрического поля, тем интенсивнее эти процессы проходят в слое ЩГК. При напряженностях электрического поля больше 1 МВ/см даже в процессе действия одного короткого (0,2 мс) импульса воздействующего напряжения в слое могут происходить необратимые изменения в ионной подсистеме кристалла, которые оказывают существенное влияние на вид измеряемых характеристик. Кинетика дефектообразования ЩГК в электрическом поле при Е < 1 МВ/см определяется размножением дислокаций вследствие их пересечения и взаимодействия при движении ( полевой механизм), а при Е > 1 МВ/см - генерацией дислокаций вследствие термоудара, обусловленного локальным прохождением тока из-за искажения однородности электрического поля, вызванного движением заряженных дефектов.

В этой главе приведены расчетные оценки ионных и электронных токов через тонкий монокристаллический слой ЩГК в сверхсильном электрическом поле в зависимости от напряженности электрического поля при комнатной температуре. Также оценена величина поверхностных токов. Эти расчеты при сопоставлении с экспериментальными результатами дали возможность определить долю каждой составляющей в экспериментально измеряемых вольт-амперных характеристиках, что позволило отделить электронно-оптические процессы от чисто ионных. Было установлено, что первый участок связан, в основном, с поверхностными токами. Второй участок определяется ионными токами. Третий участок, в начале которого появляется свечение, определяется токами АЭЭ, сопровождаемыми процессами ударной ионизации и возбуждения.

Важной новой информацией о переносе зарядов в сверхсильных электрических полях является большая величина ионного тока. Учитывая материал, изложенный в этой главе, можно предположить, что ионная составляющая тока через слой обусловлена движением зараженных линейных и точечных дефектов, причем концентрация дефектов нарастает с увеличением напряженности электрического поля вследствие усиливающихся деградационных процессов.

В заключении кратко изложены основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На ВАХ тонких слоев ЩГК, измеренной с применением электролитовых электродов и построенной в координатах 1п1=€(1/Е), в сверхсильных электрических полях можно выделить три участка. На основании проведенных экспериментов и теоретических расчетов определен состав тока на каждом участке ВАХ. Первый участок связан с токами утечки. Второй определяется ионными токами. Третий участок определяется электронными токами ( током автоэлектронной эмиссии и связанными с ним процессами ударной ионизации ).

2. Впервые показано, что в сверхсильных электрических полях ионные токи имеют большую величину. Поэтому на ход ВАХ оказывают влияние условия измерения и начальная концентрация дефектов измеряемого образца. Так при увеличении времени воздействия электрическим полем Е^ (напряженность электрического поля, при которой появляется первый излом на ВАХ, связанный с изменением характера тока ) и Есв ( напряженность электрического поля, при которой наблюдается второй излом на ВАХ и появляется свечение) смещаются в область более слабых напряжеиностей поля. Уменьшение температуры, начальной концентрации дефектов и переполюсовка (то есть на образец после каждого измерительного импульса подается импульс напряжения обратной полярности меньшей амплитуды, но большей длительности ) вызывает смещение Е^ и Есв в область более сильных полей.

3. Доказано, что в сверхсильных электрических полях не реализуется механизм токов, ограниченных пространственным зарядом. Появление электронных токов связано с началом автоэлектронной эмиссии из электролнтового электрода, в таких полях, когда затруднен захват электронов ловушками.

4. Показано, что интенсивность' наблюдаемой генерации дислокаций в сильном электрическом поле зависит от времени и напряженности приложенного электрического поля и температуры. С понижением температуры начало интенсивной генерации дислокаций смещается в область более сильных полей. Приложение импульсов электрического поля поочередно прямой и обратной полярности замедляет генерацию дислокаций. Эти результаты подтверждают полевой механизм генерации дислокаций.

5. Установлено, что наблюдаемые закономерности смещения Е^.р и Есв в область более сильных полей аналогичны закономерностям смещения начала интенсивной генерации дислокаций в область более сильных полей. Это подтверждает взаимосвязь де-фектообразования и токов в ЩГК в сверхсильных электрических полях.

6. Кинетика дефектообразованпя в 1ЦГК в электрических полях при Е < 1 МВ/см определяется размножением дислокаций

вследствие их пересечения и взаимодействия при движении ( полевой механизм), а при Е > 1 МВ/см - генерацией дислокаций вследствие термоупругих механических напряжении, вызванных локальным прохождением электронного тока.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Несмелое Н.С., Еханин С.Г., Нефедцев Е.В., Потахова (Солдатова) Л.Ю. Экспериментальные и теоретические исследования электронно-оптических и ионных процессов в тонких монокристаллических слоях ИаС1 в сверхсильных электрических полях//Отчет о НИР, N гос. регистрации 01830083337, Томск,

'1986 г.

2. Несмелов Н.С., Еханин С.Г., Потахова (Солдатова) Л.Ю., Нефедцев Е.В., Надеин В.К. Исследование ударной ионизации и свечения в сверхсильных электрических поляк в активированных и неактнвнрованных кристаллах // Тез. докл. I Респ. конф. " Физика твердого тела и новые области ее применения ".-Караганда, 1986.-С.205.

3. Еханин С.Г., Потахова (Солдатова) Л.Ю. Возникновение новых дислокаций в каменной соли в сверхсильных электрических полях II Тез. докл. У1Всесоюз. конф. по физике диэлектриков, сек. " Пробой и электрическое старение диэлектриков". - Томск, 1988.-С.95.

4. Еханин С.Г., Несмелов Н.С., Потахова (Солдатова) Л.Ю. Исследование вольт-амперных характеристик микронных слоев каменной соли в сверхсильных электрических полях // Изв.ВУЗов, Физика.-1989.-К 7,- С.115-117.

5. Еханин С.Г., Несмелов Н.С., Нефедцев Е.В., Потахова (Солдатова) Л.Ю. Ударная ионизация в ЩГК в условиях интенсивного дефектообразования под действием сверхсильного электрического поля // Тез. докл. П Респ. конф. " Физика твердого тела и новые области ее применения".-Караганда, 1990.-С.99.

6. Солдатова Л.Ю. Генерация дефектов и электронно-оптические характеристики щелочно-галоидных кристаллов в сверх-

сильных электрических полях // Тез. докл. ХХХГУ Межд. науч. конф. студентов и аспирантов, секция Физика. - Новосибирск, 1996.-С.70.

7. Еханин С.Г., Несмелов Н.С., Солдатова Л.Ю. Кинетика дефектообразования в ЩГК в сверхсильном электрическом поле // Изв. ВУЗов, Фнзика.-1997.-Н 4.-С.З-6.

8. Еханин С.Г., Несмелов Н.С., Свешников И.В., Солдатова Л.Ю. Исследование спектральных характеристик ЭЛ ЩГК с плазменными электродами // Изв. ВУЗов, Физика, 1997.-И 9.

9. Солдатова Л.Ю. Кинетика дефектообразования в щелоч-ногалоидных кристаллах в сверхсильном электрическом поле при низких температурах // Тез. докл. ХХХУ Мезкд. науч. конф. студентов и аспирантов, секция Физика.- Новосибирск, 1997.-С.139-140.

1. Сканави Г.И. Физика диэлектриков (область слабых полей ).- М.-Л.: Гостехиздат.-1949.

2. Пикалова И.С. О влиянии материала катода на электрическую прочность твердых диэлектриков // ФТТ.-1968.-Т.10.-С.278-280.

3. Баранов A.B., Воробьев Г.А. Исследование токов автоэлектронной эмиссии и ударной ионизации в щелочно-галоид-ных кристаллах // Радиотехника и электроника.-1965.-Т.Ю, в.11,-С.206-208.

4. Ламперт М., Марк П. Инжекционные токи в твердых телах.-М.: Мир.-1973.-222 с.

5. Нефедцев Е.В. Деградационные процессы в NaCl в сверхсильных электрических полях: Дис. ... канд. ф,-м. наук.- Томск.-1990. - 175 с.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА