Горбань А.А., Омельченко С.А., Буланый М.Ф. Влияние ростовых
advertisement
ВЛИЯНИЕ РОСТОВЫХ ДИСЛОКАЦИЙ НА ПРОЦЕССЫ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ КРИСТАЛЛОВ СУЛЬФИДА ЦИНКА Горбань А.А., Омельченко С.А., Буланый М.Ф. Днепропетровский национальный университет им. О. Гончара Украина, 49050, г. Днепропетровск, ул. Научная, 13 Ранее [1] было показано, что особенности в поведении различных физических свойств, наблюдаемых в области малых (до 3%) деформаций кристаллов сульфида цинка, связаны с изменением электрической активности дислокаций в процессе их передвижения и выхода из примесных атмосфер Коттрелла. Однако, в связи с тем, что на используемой деформационной машине было затруднительно осуществить деформацию кристаллов на величины меньшие чем 0,2-0,3%, экспериментальные результаты о процессах на самых начальных стадиях деформирования, то есть при старте дислокаций из исходных положений, отсутствовали. В то же время, именно таким малым деформациям, происходящим при различных механических обработках, закреплении в приборах, под действием электрических полей и др., чаще всего подвержены кристаллические элементы твердотельной электроники. В данной работе, в качестве индикатора процессов, сопутствующих старту дислокаций в кристаллах сульфида цинка, использовалось изменение их люминесцентных свойств. Исследовались монокристаллы сульфида цинка выращенные из расплава по методу Бриджмена под давлением инертного газа. Концентрация марганца в образцах составляла 5*10-4 вес. %. Для создания знакопеременных механических нагрузок к образцу прикладывались ультразвуковые колебания. УЗ колебания возбуждались в керамическом пьезопреобразователе из цирконат-титаната свинца на резонансной частоте преобразователя, которая составляла 1 МГц. Возбужденные колебания с помощью алюминиевого концентратора передавались к образцу. Конструкция концентратора позволяет прикладывать ультразвук к образцу, как во время люминесцентных измерений, так и в резонаторе ЭПР-спектрометра. Фотолюминесценция возбуждалась с помощью лазера ЛГИ-505 или ксеноновой лампы ДКсШ-1000. Спектры ЭПР регистрировались на радиоспектрометре Radiopan-SE/X 2543 в Х-диапазоне при комнатной температуре. В спектрах фотолюминесценции исследуемых образцов, при зона-зонном возбуждении светом с длиной волны 337 нм, одновременно наблюдается две полосы свечения: полоса в голубой области спектра, обусловленная неконтролируемыми примесями и собственными дефектами (λмакс = 460 нм) и «оранжевая» полоса излучения примесных ионов двухвалентного марганца (λмакс = 585 нм). Известно [2], что в этом случае вначале происходит возбуждение центров голубой люминесценции, затем часть этих центров излучательно рекомбинирует, а часть, являясь центрами сенсибилизации, резонансно передает энергию для возбуждения центров марганца. Интересно, что при возбуждении тех же образцов светом с длиной волны 495 нм, соответствующей одному из максимумов в спектре возбуждения центров марганца в ZnS, свечение в голубой области отсутствует и в спектре люминесценции наблюдается только одна «марганцевая» полоса с максимумом на λ = 585 нм. Было обнаружено, что выбор какого-то одного из этих двух способов возбуждения люминесценции является определяющим для характера ее изменений в процессе действия на образцы ультразвуковых колебаний. Так, при зона-зонном возбуждении, действие УЗ колебаний на образцы приводит к синхронному уменьшению интегральной яркости, как голубой, так и оранжевой люминесценции до уровня, составляющего ~75 % и ~85 % от исходного, соответственно (рис.1). Видно, что после прекращения действия на образцы УЗ колебаний, восстановление исходного спектра люминесценции происходит не полностью. При возбуждении фотолюминесценции тех же образцов вторым способом, то есть в максимуме спектра возбуждения центров марганца (λ = 495 нм), спектр излучения при действии ультразвуковых колебаний не изменяется. Для доказательства того, что в процессе I, отн. ед. действия на образцы ультразвуковых 1,0 УЗ вкл. УЗ выкл. колебаний происходит квазиобратимое смещение дислокаций из исходных 0,9 а позиций в своих атмосферах Коттрелла была использована, предложенная нами б ранее методика, подробно описанная в 0,8 [3]. В соответствии с ней, зависимость, изменений концентрации ионов 0,7 0 хрома при 20 40 60 80 100 120 140 одновалентного ультразвуковом воздействии, полученная t, мин в результате ЭПР-исследований, Рис. 1. Зависимость интенсивности однозначно свидетельствует о люминесценции от времени действия УЗ происходящем в наших экспериментах (а - λмакс=585 нм, б - λмакс=460 нм). смещении дислокаций из исходных положений. При этом, в результате частичного выхода дислокаций из облаков компенсирующих электрический заряд примесей, их электрическая активность резко возрастает. Сильное электрическое поле отрицательно заряженных дислокаций выталкивает электроны за пределы, увеличивших свой радиус, Ридовских цилиндров. В результате этого, снижается эффективность центров голубого свечения, располагающихся вблизи дислокаций, как в плане излучения, так и в качестве центров сенсибилизации, резонансно передающих энергию марганцевым центрам свечения. Это объясняет практически все экспериментальные результаты, представленные на графике, изображенном на рис.1. Неполное восстановление люминесцентных свойств после прекращения действия на образцы ультразвуковых колебаний свидетельствует о присутствии в процессах смещения дислокаций микропластических эффектов. Представленные экспериментальные результаты позволяют сделать вывод о том, что изменение условий возбуждения приводит к тому, что в процессе фотолюминесценции принимают центры марганца, локализованные в неэквивалентных местах кристалла. А именно, при возбуждении люминесценции кристаллов сульфида цинка зона-зонным светом, излучают центры марганца расположенные в непосредственной близости от центров сенсибилизации, в областях атмосфер Коттрелла, а при возбуждении в полосу максимума спектра возбуждения, возбуждаются и излучают центры Mn, расположенные во всем объеме кристалла. Список литературы 1. С.А.Омельченко, М.Ф.Буланый, О.В.Хмеленко. Влияние электрических полей неподвижных дислокаций на фотолюминесценцию и ЭПР в деформированных кристаллах ZnS // ФТТ, 2003, том 45, выпуск 9, с. 1608 – 1613. 2. Коваленко А.В., Омельченко С.А., Буланый М.Ф. Омельчук А.Р. Исследование спектров ЭПР ОДМР и ФЛ в кристаллах ZnS-Mn. Тез. Доп. V Міжн. школи-семінару «Актуальні проблеми фізики напівпровідників» Дрогобич 2008. 3. С.А.Омельченко, А.А.Горбань, М.Ф.Буланый, А.А.Тимофеев. ЭПР-исследования изменений зарядового состояния Cr по сечению дислокационных трубок в кристаллах ZnS // ФТТ, 2006, том 48, выпуск 5, с. 830 – 834.
