Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 |

торая при используемых температурах деформирования Как отмечалось выше, после начальных актов дефорзатруднена. Поэтому старт дислокаций приводит к их мирования происходит увеличение заряда неподвижных частичному освобождению от компенсирующего облака дислокаций и радиуса их ридовских цилиндров. В репримесей и вакансий. В результате радиус ридовских зультате часть объема деформированных образцов нахоцилиндров увеличивается, что эквивалентно росту Дгеодится в условиях эффективного действия электрических метрического зарядаУ. Мы считаем, что при этом может полей отрицательно заряженных дислокаций. Искривлеизменяться и их фактический заряд, поскольку из-за ние энергетических зон в этих областях не приводит увеличения радиуса ридовских цилиндров и удаления к изменениям вероятностей образования электронноядер дислокаций от центров атмосфер Коттрелла в их дырочных пар и рекомбинационных процессов, но влипримесном окружении происходят качественные и колияет на концентрацию носителей заряда. Интенсивность чественные изменения, а суммарный заряд дислокации процесса ФЛ в красной области определяется конкурензависит не тоько от ионной составляющей, но также цией двух процессов: уменьшения концентрации элеки от степени заполнения электронного дислокационного тронов, выталкиваемых электрическими полями дисуровня [12,16].

окаций, и происходящего при этом увеличения конТаким образом, в области малых деформаций на центрации центров Fe3+. Нетрудно понять, что эти участке выхода дислокаций из атмосфер Коттрелла два процесса в какой-то степени компенсируют друг происходит увеличение радиуса ридовских цилиндров, друга; следовательно, интенсивность ФЛ центров Fe3+, а значит, и их заряда (по крайней мере, Дгеометнаходящихся в объемах ридовских цилиндров, должрическогоУ). При дальнейшем деформировании, когда на оставаться без значительных изменений. Напротив, дислокации выйдут из примесных атмосфер в области в областях кристалла вдали от дислокаций процесс с равномерным распределением примесей, их заряд излучательной рекомбинации станет более интенсивным останется практически неизменным. Характер измене- вследствие добавки неравновесных электронов, вытесния величины заряда дислокаций в зависимости от ненных из ридовских цилиндров. В результате после степени пластической деформации будет одинаковым деформации кристаллов сульфида цинка интегральная как в процессе деформации (рис. 4 в работе [12]), так интенсивность ФЛ в красной полосе должна увеличитьи после ее прекращения (неподвижные дислокации). ся. В области малых деформаций, когда дислокации еще Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 1612 С.А. Омельченко, М.Ф. Буланый, О.В. Хмеленко не вышли из атмосфер Коттрелла, электроны выталки- чаях следует ожидать, что, когда дислокации выйдут ваются в области, насыщенные примесью железа, и эф- за пределы примесных атмосфер в области с малой фект увеличения интенсивности ФЛ центров Fe3+ более концентрацией железа, действие перечисленных уширязаметен. Именно такой ход изменения интенсивности ющих факторов будет ослабевать. В образцах ZnS : Fe ФЛ в красной полосе наблюдается экспериментально этого не наблюдается, так как ростовые дислокации в образцах ZnS : Fe (рис. 3, b). О том, что в наблюдае- сильно закреплены и не могут полностю выйти за мое увеличение интенсивности ФЛ значительный вклад пределы атмосфер Коттрелла. В результате деформация вносят центры железа, входящие в состав примесных таких кристаллов осуществляется в основном движениатмосфер, может свидетельствовать факт одновременно- ем дислокаций не ростового происхождения, не округо смещения максимума излучения в красной полосе. женных поэтому примесными атмосферами. Эти дисВ областях повышенной концентрации железа, в ко- локации, скорее всего, должны быть полными, так как торые входят дислокации, увеличиваются внутренние рождение частичных дислокаций в сфалерите должно механические напряжения, изменяющие межатомные сопровождаться образованием слоев с гексагональной расстояния и, следовательно, ширину запрещенной зоны. плотной упаковкой, что при температурных условиПоскольку сдвиг красной полосы происходит в длинно- ях эксперимента является энергетически невыгодным.

волновую часть спектра, можно сделать вывод о том, А поскольку при этих же условиях полные дислокации что излучающие центры Fe3+ располагаются в областях не обладают достаточной подвижностью [16], образвсестороннего растяжения. Отсутствие деформационно- цы ZnS : Fe не удается продеформировать больше чем го смещения максимума излучения в зелено-голубой на 7-9%. Однако в кристаллах ZnS : Mn, где примесь полосе может означать, что центры этого свечения или практически не закрепляет ростовые дислокации, при находятся вне зоны действия полей механических напря- увеличении степени деформации ширина и форма лижений дислокаций, или, наоборот, неразрывно связаны ний ЭПР, как отмечалось выше, восстанавливаются до с ними, т. е. постоянно локализованы вблизи дислока- исходных.

ций. Последнее не противоречит принятой нами моде- Обсуждение деформационных изменений ФЛ в крили центров зелено-голубого свечения, так как хорошо сталлах ZnS : Mn начнем с объяснения их особенностей известно, что движение дислокаций в соединениях II - в области малых деформаций. Для этого необходимо VI происходит с образованием двойных перегибов [16], учесть, что, по современным представлениям, возбуждеа значит обязательно сопровождается образованием ва- ние марганцевых центров люминесценции в кристаллах кансий [18]. сульфида цинка происходит в результате резонансной Результаты параллельных исследований ЭПР подтвер- передачи энергии от центров сенсибилизации Ч собждают ключевые моменты предлагаемой схемы про- ственных дефектов кристаллической решетки или их асцессов. Именно после деформации образцов возрастает социаций с атомами некоторых неконтролируемых приконцентрация электронов в областях, удаленных от месей [20]. Естественно предположить, что в областях, дислокаций, на что однозначно указывает увеличение окружающих ростовые дислокации, концентрация таких интенсивности спектра ЭПР центров Cr+ (рис. 5). центров сенсибилизации будет повышенной. Поэтому Увеличение интенсивности линии перехода M = 1/2 наиболее эффективно должны возбуждаться марганцеспектров ЭПР ионов Fe3+ (рис. 5) свидетельствует вые центры, которые также располагаются вблизи дисо соответствующем изменении интегральной концентра- локаций. Деформирование образцов приводит к сдвигу ци этих центров. И главное, данные ЭПР-измерений ростовых дислокаций с исходных позиций. При этом подтверждают основное положение нашей модели об происходит увеличение их электрического заряда, в реувеличении радиусов ридовских цилиндров после стар- зультате чего на резонансные системы сенсибилизатор - та дислокаций. Это следует из анализа деформаци- марганцевый центр начинают воздействовать сильные онных изменений формы и ширины боковых линий (порядка 107 V/ cm) электрические поля дислокаций.

тонкой структуры спектра ЭПР ионов Fe3+. Характер Действие таких полей может повысить эффективность наблюдаемых изменений свидетельствует о том, что их резонансного канала передачи энергии и тем самым увепричиной является действие на парамагнитные центры личить интенсивность свечения центров Mn. При удаленеоднородных электрических полей [19]. Естественно нии ростовых дислокаций от своих атмосфер Коттрелла предположить, что в рассматриваемом случае источ- ситуация должна вернуться к исходной, т. е. интенсивниками таких полей могут быть дислокации, величина ность ФЛ будет восстанавливаться. Однако следует заотрицательного электрического заряда которых в про- метить, что повышенная концентрация собственных децессе выхода из примесных атмосфер увеличивается. фектов (центров сенсибилизации) в областях атмосфер Необходимо учитывать также то, что при смещении Коттрелла связана с наличием механических напряжедислокаций относительно центров отставших положи- ний, вызванных присутствием дислокаций. Понятно, что тельно заряженных примесных облаков образуются дол- после ДуходаУ дислокаций равновесная ситуация в этих гоживущие диполи, неоднородные электрические по- местах будет восстанавливаться, а интенсивность ФЛ ля которых будут наиболее эффективно действовать уменьшаться. Именно такой характер деформационных именно при малых деформациях. Во всех этих слу- изменений ФЛ экспериментально наблюдался в кристаФизика твердого тела, 2003, том 45, вып. Влияние электрических полей неподвижных дислокаций на фотолюминесценцию и ЭПР... лах ZnS : Mn (рис. 4). О том, что дислокации действи- Список литературы тельно ДушлиУ от центров излучения, вызывающих ФЛ [1] Б.А. Абдикамалов, С.И. Бредихин, М.П. Кулаков, исходных недеформированных кристаллов, свидетельВ.Ш. Шехтман, С.З. Шмурак. ФТТ 18, 8, 2468 (1976).

ствует также наблюдаемый деформационный сдвиг мак[2] С.А. Омельченко, С.И. Бредихин, П.А. Берлов, М.Ф. Буласимума полосы свечения центров Mn в длинноволновую ный, С.З. Шмурак, А.Я. Якунин. ФТТ 24, 9, 2803 (1982).

область. Таким образом, можно утверждать, что только [3] А.В. Зарецкий, Ю.А. Осипьян, В.Ф. Петренко, Г.К. Струдо начала деформации центры свечения вместе с сенкова. ФТТ 19, 2, 418 (1977).

сибилизаторами находились в местах кристаллической [4] Ю.А. Осипьян, В.Ф. Петренко. ЖЭТФ 75, 1(17), решетки, искаженных полями механических напряжений (1978).

дислокаций.

[5] С.И. Бредихин, С.З. Шмурак. ЖЭТФ 76, 3, 1028 (1979).

Необходимо ответить на вопрос об эффективности [6] С.И. Бредихин, С.А. Омельченко, С.З. Шмурак. ЖЭТФ 90, влияния электрических полей неподвижных дислокаций 1, 209 (1986).

[7] P. Jasrczyn-Kopec, B. Lambert. J. Lumin. 10, 4, 243 (1975).

на люминесцентные свойства кристаллов. Для этого [8] Н.К. Морозова, В.А. Кузнецов. Сульфид цинка. Получение проведем оценку количества центров свечения, которые и оптические свойства. Наука, М. (1987). 200 с.

могут реально находиться в областях ридовских цилин[9] Н.Д. Борисенко, М.Ф. Буланый, Ф.Ф. Коджеспиров, дров.

Б.А. Полежаев. ЖПС 55, 3, 452 (1991).

Полный объем областей пространственного заряда [10] С.И. Бредихин, С.А. Омельченко, С.З. Шмурак, Н.А. Якувокруг дислокаций нина. ФТТ 23, 3, 903 (1981).

[11] S.A. Omelchenko, O.V. Khmelenko, Yu.A. Gulevski, = R2NdV, (1) M.F. Bulanyi. In: Proc. of the 21st Int. Conf. on Defects in Semiconductors. Giessen (2001). P. 317.

где V Ч объем образца, Nd Ч концентрация дис[12] С.И. Бредихин, С.З. Шмурак. ЖЭТФ 73, 4(10), локаций, R Чрадиус ридовских цилиндров. Методом (1977).

ямок травления было установлено, что в исходных [13] П.А. Берлов, М.Ф. Буланый, С.А. Омельченко. Кристаллокристаллах Nd 105-106 cm-2. Для дислокаций, округрафия 43, 3, 457 (1998).

женных примесными атмосферами, R 10-6 cm. То- [14] S.P. Keller, I.I. Gelles, W.V. Smith. Phys. Rev. 110, 4, гда /V 10-7-10-6, т. е. доля объема недеформи- (1958).

[15] Л.Г. Кириченко, В.Ф. Петренко, Г.В. Уймин. ЖЭТФ 74, 2, рованных образцов, занятая ридовскими цилиндрами, 742 (1978).

очень мала. Однако, если центры свечения декори[16] Электронные свойства дислокаций в полупроводниках / руют дислокации, их локальная концентрация может Под ред. Ю.А. Осипьяна. Эдиториал УРСС, М. (2000).

быть достаточно большой ( 1020-1021 cm-3), и то226 с.

гда в зоне эффективного действия электрических по[17] А.Н. Георгобиани, М.Б. Котляревский, В.Н. Михаленко.

ей дислокаций в образце размером 2 2 4mm буТр. ФИАН 138, 79 (1983).

дет находиться 1010-1012 центров. После дефор[18] Дж. Хирт, И. Лоте. Теория дислокаций. Атомиздат, М.

мации растет концентрация дислокаций, увеличива(1972). 599 с.

ется радиус их ридовских цилиндров, но одновре[19] Электрические эффекты в радиоспектроскопии / Под ред.

менно они оказываются в областях со значительно М.Ф. Дейгена. Наука, М. (1981). 332 с.

меньшей концентрацией примесей. После деформиро- [20] Н.Д. Борисенко, М.Ф. Буланый, Б.А. Полежаев, Н.Г. Романов, Ю.Г. Семенов. Неорган. материалы 29, 9, 1219 (1993).

вания образцов на 4-5% концентрация дислокаций Nd 3 106-107 cm-2 и R 10-5 cm [16]. В этом случае /V 10-3, но, так как концентрация примесных центров 1018-1019 cm-3, в электрических полях дислокаций находится 1013-1014 центров свечения.

При дальнейшем деформировании их количество может стать больше в результате процесса размножения дислокаций.

Таким образом, проведенная оценка позволяет считать, что в исследуемых кристаллах сульфида цинка как минимум 1012-1014 центров свечения располагается в зоне действия электрических полей неподвижных дислокаций. Понятно, что при достаточно эффективном возбуждении и высоком квантовом выходе люминесценции эти центры могут оказывать влияние на формирование люминесцентных свойств кристаллов и их изменения в результате пластического деформирования.

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Pages:     | 1 | 2 |    Книги по разным темам