Індуковані високоенергетичним опроміненням ефекти у фосфідних і халькогенідних напівпровідниках

- Використовуючи дані досліджень процесів оптичного поглинання та резонансного КР, трансмісійної електронної мікроскопії, визначено основні параметри нанокристалів CdS_1-xSe_x, вкраплених у лужноцинкоборосилікатну матрицю, які обумовлюють спектральні прояви квантово-розмірних ефектів, зокрема середній радіус, компонентний склад та концентрацію, і показано необхідність врахування особливостей оптичних процесів у матриці при визначенні енергетичних параметрів квантових точок.

- Вперше експериментально виявлено та досліджено залежний від типу, енергії та дози опромінюючих частинок ефект короткохвильового зміщення краю та трансформації квантово-розмірних особливостей у спектрі поглинання вкраплених у силікатну матрицю нанокристалів CdS_xSe_{1_x}, обумовлений радіаційно індукованою іонізацією нанокристалів внаслідок переносу носіїв заряду між ними та матрицею.

- Вивчено процеси відновлення радіаційно індукованих змін оптичних параметрів композитних зразків та діелектричних матриць при ізохронному та ізотемпературному відпалах і показано, що в результаті таких обробок вдається відновити вихідні характеристики, наприклад, за рахунок відпалу в інтервалі температур до 550 К.

- Встановлено характер змін спектрів поглинання вкраплених у силікатну матрицю нанокристалів CdS_1-xSe_x при всебічному стисненні.

- Вперше показано, що підвищення радіаційної стійкості силікатного скла досягається завдяки введенню в матрицю напівпровідникових нанокристалів CdS_1-xSe_x, які понижують ефективність утворення радіаційних центрів забарвлення у силікатному склі.

4. Виявлено ефекти впливу електронного опромінення (10 МеВ) на процеси випромінювальної рекомбінації в широкозонних напівпровідниках CdS_{1_x}Se_x і показано, що в змішаних кристалах з високим вмістом сірки опромінення веде до зростання концентрації комплексів за участю вакансій сірки та кадмію, відповідальних, зокрема, за радіаційно стимульоване зростання інтенсивностей смуг фотолюмінесценції. Встановлено, що в змішаних кристалах CdS_1-xSe_x при x 0.5 - 0.6 відбувається трансформація центрів люмінесценції, відповідальних за смугу при 1.65 еВ, з нейтральних комплексів у однозарядні акцептори.

Зясовано, що опромінення кристалів CdS_1-xSe_x при кімнатній температурі електронами енергією 10 МеВ при величинах потоків до 510¹⁷ см-² не веде до помітних змін у спектрах краю оптичного поглинання.

5. Встановлено, що введення радіаційних дефектів (4-14 МеВ, 10¹⁵10¹⁸ електрон·см^-2) у кристали фосфіду галію спричинює збільшення енергетичної ширини краю поглинання та зростання прикрайового поглинання й ефективно змінює процеси випромінювальної рекомбінації. Показано, що дозова поведінка смуг фотолюмінесценції в опромінених електронами кристалах GaP істотно залежить від типу легуючої домішки та утворення при опроміненні як центрів безвипромінювальної рекомбінації, так і складних радіаційних дефектів з участю домішок, зокрема S і Te.

На підставі аналізу дозових змін спектрів оптичного поглинання, радіаційно індукованого гасіння фотолюмінесценції, динаміки ізохронного відпалу, а також даних спектроскопії КР показано, що при опроміненні високоенергетичними електронами в GaP утворюються не тільки ізольовані дефекти, а й їхні скупчення, які відіграють роль центрів безвипромінювальної рекомбінації.

6. Методами спектроскопії КР вивчено процеси композиційного розупорядкування в складних халькогенідних твердих розчинах.

- Встановлено, що в кристалах Ag₃As_{1_х}Sb_xS₃ трансформація фононного спектру при зміні концентрації (0 х 1) для коливань симетрії А₁ та Е характеризується одно- та двомодовим типом композиційної перебудови.

- Показано, що у сегнетоелектричних твердих розчинах гексатіо(селено)дифосфату олова композиційне розупорядкування веде до трансформації коливних спектрів, де, крім передбачених моделлю однорідних зміщень типів перебудови зовнішніх і внутрішніх коливань виділених структурних груп, проявляються також валентні Р-Р коливання структурних комплексів P₂Se_mS_6-m (m = 1, 2,.. 5), причому інтенсивність цих фононних смуг пропорційна ймовірності реалізації відповідних структурних груп у твердих розчинах.

7. Отримано складні халькогенідні сегнетонапівпровідники гіпотіодифосфату олова у нанокристалічному вигляді, в тому числі вкрапленими у діелектричні матриці, та вперше з'ясовано вплив розмірного фактору на сегнетоелектричні властивості та температуру фазового переходу. Виявлено ефект розширення температурного інтервалу існування неспівмірної фази в кристалах Sn₂P₂Se₆ при електронному опроміненні.

8. На основі аналізу розмірів і форми халькогенідних сегнетоелектричних нанокристалів гексатіогіподифосфату олова, даних електронної мікроскопії, рентгеноструктурних досліджень, спектроскопії КР та оцінки впливу розмірного фактору показано, що в нанокристалах Sn₂P₂S₆ з середнім розміром до 10 нм можливе часткове заміщення атомів сірки на поверхні нанокристала атомами кисню з реалізацією аніонів типу [P₂(S₄O₂)]^4-.

9. На основі аналізу виявлених і експериментально досліджених фізичних ефектів у досліджуваних об'єктах розроблено та апробовано способи радіаційно-термічної обробки матеріалів та запропоновано пристрої: спосіб підвищення радіаційної стійкості силікатного скла; спосіб підвищення ступеня домішкової однорідності легованих монокристалів; пристрій для низькотемпературного опромінення твердих тіл; інтерферометр для визначення локальних змін показника заломлення ізотропних твердих тіл.

Таким чином, у роботі виявлено й описано обумовлені опроміненням високоенергетичними електронами (4-14 МеВ) особливості впливу ефектів розупорядкування кристалічної гратки на оптичні процеси в широкозонних модельних напівпровідниках GaP, CdS_1-xSe_x і сегнетонапівпровідниках типу Sn₂P₂S₆, зокрема і в нанокристалах. У сукупності результати дисертації є завершеною системою даних фундаментального характеру відносно природи проявів індукованого високоенергетичним електронним опроміненням розупорядкування в динаміці гратки та процесах поглинання і випромінювання світла кристалів фосфіду галію та сульфіду-селеніду кадмію; змін процесів оптичного поглинання в нанокристалах сульфіду-селеніду кадмію, інкорпорованих у боросилікатну матрицю, обумовлених дією високоенергетичного опромінення; зміни фононних спектрів халькогенідних кристалів при переході до нанометричних розмірів.

Отримані в рамках дисертаційного дослідження нові результати є важливими з точки зору їх наукового і практичного застосування. В наукових дослідженнях вони повинні враховуватися при вивченні особливостей фізичних процесів, які відбуваються у напівпровідниках, в тому числі й у мезоскопічних, під дією високоенергетичного опромінення. На практиці їх необхідно застосовувати при моделюванні впливу високоенергетичного опромінення на оптичні елементи, створенню елементної бази та розробці пристроїв методами нанотехнології.

Достовірність результатів забезпечується комплексністю проведених досліджень із застосуванням широко апробованих експериментальних методик, послідовним і всебічним характером досліджень, ясною фізичною картиною ефектів і закономірностей, які добре узгоджуються з теоретичними розрахунками та існуючими уявленнями про роль ефектів розупорядкування в твердому тілі. Основні експериментальні методи - оптичної спектроскопії - є прямими методами спостереження ефектів розупорядкування кристалічної гратки при дефектоутворенні та ефектів розмірного квантування. В усіх випадках здійснювалась перевірка відтворюваності результатів та оцінювались похибки експериментів.

Список цитованої літератури

1. Кардона М., Гюнтеродт Г. Рассеяние света в твердых телах. Основные понятия и методы исследований. Выпуск II: Пер. с англ. - Москва: Мир, 1984. - 328 с.

2. Высочанский Ю.М., Сливка В.Ю. Точка Лифшица на диаграммах состояний сегнетоэлектриков // Успехи физических наук. - 1992. - Т. 162, № 6. - С. 139-160.

3. Эфрос Ал.Л., Эфрос А.Л. Межзонное поглощение света в полупроводниковом шаре // ФТП. - 1982. - Т. 16, № 7. - С. 1209-1214.

4. Кулиш Н.Р., Кунец В.П., Лисица М.П. Определение параметров полупроводникових квантовых точек в стеклянных матрицах из спектров поглощения, люминесценции и насыщения оптического поглощения // ФТТ. - 1997. - Т. 39, № 10. - С. 1865-1870.

5. Fauchet P.M., Campbell I.H. Raman specroscopy of low-dimensional semiconductors // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. - 1988. - Vol. 14, № 1. - S79-S101.

6. Mlayah A., Brugman A.M., Carles R., Renucci J.B., Valakh M.Ya., Pogorelov A.V. Surface phonons and alloying effects in (CdS)_x(CdSe)_1-x nanospheres // Sol. St. Commun. - 1994. - Vol. 90, № 9. - P. 567-570.

Результати дисертації опубліковано в роботах

1. Гомоннай А.В., Высочанский Ю.М., Сливка В.Ю. Угловая дисперсия мягких фононов в одноосном сегнетоэлектрике Sn₂P₂S₆ // ФТТ. - 1982. - Т. 24, № 4. - С. 1068-1073.

2. Гомоннай А.В., Высочанский Ю.М., Гурзан М.И., Сливка В.Ю. Особенности динамики решетки сегнетоелектрических твердых растворов Sn₂P₂(Se_xS_{1_x})₆ // ФТТ. - 1983. - Т. 25, № 5. - С. 1454-1458.

3. Ажнюк Ю.Н., Боднар Н.П., Высочанский Ю.М., Гомоннай А.В., Гоер Д.Б., Малеш В.Г., Панько В.В. Комбинационное рассеяние света в смешанных кристаллах Ag₃As_{1_x}Sb_xS₃ // ФТТ. - 1989. - Т. 31, № 8. - С. 278-280.

4. Гоер Д.Б., Колб А.А., Крупкин А.Ж., Бутурлакин А.П., Гомоннай А.В., Некрасова И.М. Краевое и околокраевое поглощение в кристаллах нелегированного фосфида галлия при облучении высокоэнергетичными электронами // УФЖ. - 1989. - Т. 34, № 5. - С. 682-686.

5. Malesh V.G., Azhniuk Yu.M., Goyer D.B. and Gomonnai A.V. Disorder- actived first-order Raman scattering by acoustic phonons in electron- irradiated GaP crystals // Phys. Stat. Sol. (b). - 1989. - Vol. 154, № 2. - P. K197-K199.

6. Azhniuk Yu.M., Gomonnai A.V., Goyer D.B., Megela I.G., Lopushansky V.V. Resonant interactions and disorder effects in CdS_{1_x}Se_x mixed crystals Raman spectra // Науковий вісник Ужгородського університету. Сер. Фізика. - 2000. - № 8. - С. 208-211.

7. Гомоннай О.В., Ажнюк Ю.М., Гоєр Д.Б., Мегела І.Г. Оптичне поглинання опромінених електронами мікрокристалів CdS_{1_x}Se_x у скляній матриці // УФЖ. - 2000. - Т. 45, № 10. - С. 1225-1228.

8. Goyer D.B., Megela I.G., Gomonnai A.V., Azhniuk Yu.M. Investigation of formation and anneling of radiation defects in III-V semiconductors under electron irradiation // Науковий вісник Ужгородського університету. Сер. Фізика. - 2000. - № 8. - С. 38-43.

9. Azhniuk Yu.M., Gomonnai A.V., Kranjиec M., Goyer D.B., Megela I.G., Lopushansky V.V. Disorder effects and resonant features in Raman spectra of electron-irradiated GaP and CdS crystals // Phys. Stat. Sol. (b). - 2001. - Vol. 222, № 2. - P. 595-603.

10. Azhniuk Yu.M., Gomonnai A.V., Goyer D.B., Holovey V.M., Megela I.G., Lopushansky V.V. Optical absorption spectra of 10-MeV electron-irradiated paratellurite single crystals // Radiation Effects and Defects in Solids. - 2001. - Vol. 153. - P. 205-210.

11. Gomonnai A.V., Azhniuk Yu.M., Goyer D.B., Megela I.G., Lopushansky V.V. Optical studies of alkali borosilicate glass irradiated with high-energy electrons // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. - 2001. - Vol. 3, № 1. - P. 37-44.

12. Gomonnai A.V., Azhniuk Yu.M., Kranjиec M., Solomon A.M., Lopushansky V.V., Megela I.G. Effect of X-ray irradiation on CdS_{1_x}Se_x quantum dots optical absorption // Solid State Communication. - 2001. - Vol. 119, № 7. - P. 447-451.

13. Gomonnai A.V., Solomon A.M., Yukhymchuk V.O., Lopushansky V.V., Azhniuk Yu.M., Turok I.I. X-ray excited and photoluminescence of CdS_{1_x}Se_x nanocrystals embedded in borosilicate glass matrix // Ukrainian Journal of Physical Optics. - 2001. - Vol. 2, № 1. - P. 31-35.

14. Gomonnai A.V., Solomon A.M., Azhniuk Yu.M., Kranjиec M., Lopushansky V.V., Megela I.G. X-ray excited luminescence and X-ray irradiation effect on CdS_{1_x}Se_x nanocrystals optical absorption // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. - 2001. - Vol. 3, № 2. - P. 509-514.

15. Gomonnai A.V., Vysochanskii Yu.M., Azhniuk Yu.M., Prits I.P., Romanova L.G., Solomon A.M. Size effects in Raman spectra of Sn₂P₂S₆ ferroelectrics // Ukrainian Journal of Physical Optics. - 2001. - Vol. 2, № 4. - P. 182-186.

16. Shusta V.S., Gomonnai A.V., Slivka A.G., Gerzanich O.I., Azhniuk Yu.M., Lopushansky V.V. Variation of CdS_{1_x}Se_x nanocrystal parameters under hydrostatic pressure // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. - 2001. - Vol. 3, № 2. - P. 515-519.

17. Azhniuk Yu.M., Gomonnai A.V., Goyer D.B., Megela I.G., Lopushansky V.V. Effect of high-energy electron irradiation upon lead silicate glass optical spectra // Fizika A. - 2002. - Vol. 11, № 1. - P. 51-60.

18. Gomonnai A.V., Azhniuk Yu.M., Lopushansky V.V., Megela I.G., Turok I.I., Kranjиec M., Yukhymchuk V.O. High-energy electron irradiation effect on optical spectra of CdS_{1_x}Se_x nanocrystals embedded in a glass matrix // Phys. Rev. B. - 2002. - Vol. 65, № 24 - P. 245327-1-245327-7.

19. Azhniuk Yu.M., Gomonnai A.V., Kranjиec M., Lopushansky V.V., Megela I.G., Goyer D.B. Irradiation-induced ionization of glass-embedded CdS_{1_x}Se_x nanocrystals // Physica E. - 2003. - Vol. 17, № 1-4. - P. 518-520.

20. Azhniuk Yu.M., Gomonnai A.V., Goyer D.B., Kranjиec M., Lopushansky V.V., Megela I.G. Effect of electron irradiation upon photoluminescence of CdS_{1_x}Se_x mixed crystals // Radiation Physics and Chemistry. - 2003. - Vol. 68, № 1-2. - P. 85-90.

21. Drobnich A.V., Molnar A.A., Gomonnai A.V., Vysochanskii Yu.M., Prits I.P. Influence of size factor on the phase transition in Sn₂P₂S₆ crystals: experimental data and simulation in ANNNI model // Condensed Matter Physics. - 2003. - Vol. 6, № 2(34). - P. 205-212.

22. Gomonnai A.V., Azhniuk Yu.M., Yukhymchuk V.O., Kranjиec M., Lopushansky V.V. Confinement-, surface- and disorder- related effects in the resonant Raman spectra of nanometric CdS_{1_x}Se_x crystals // Phys. Stat. Sol. (b). - 2003. - Vol. 239, № 2. - P. 490-499.

23. Gomonnai A.V., Azhniuk Yu.M., Vysochanskii Yu.M., Kikineshi A.A., Kis-Varga M., Daroczy L., Prits I.P., Voynarovych I.M. Raman and X-ray diffraction studies of nanometric Sn₂P₂S₆ crystals // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2003. - Vol. 15, № 36. - P. 6381-6393.

24. Gomonnai A.V., Goyer D.B., Goushcha O.O., Azhniuk Yu.M., Megela I.G., Kranjиec M. Radiative recombination in electron-irradiatted GaP crystals // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. - 2003. - Vol. 5, № 3. - P. 641-646.

25. Gomonnai A.V., Voynarovych I.M., Solomon A.M., Azhniuk Yu.M., Kikineshi A.A., Pinzenik V.P., Kis-Varga M., Daroczy L., Lopushansky V.V. X-ray diffraction and Raman scattering in SbSI nanocrystals // Mat. Res. Bull. - 2003. - Vol. 38, № 13. - P. 1767-1772.

26. Voynarovych I.M., Gomonnai A.V., Solomon A.M., Azhniuk Yu.M., Kikineshi A.A., Pinzenik V.P., Kis-Varga M., Daroczy L., Lopushansky V.V. Characterisation of SbSI nanocrystals by electron microscopy, X-ray diffraction and Raman scattering // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. - 2003. - Vol. 5, № 3. - P. 713-718.

27. Крамаренко А.Н., Гололобов Ю.П., Турок И.И., Гомоннай А.В., Головей М.И. Локальная скорость звука в монокристаллах парателлурита // Монокристаллические материалы. - Харьков: ВНИИ монокристалов. - 1983. - № 11. - С. 134-136.

28. Турок И.И., Гомоннай А.В., Крамаренко А.Н., Погойда И.И., Головей М.И. Получение и исследование легированных кристаллов парателлурита // Физика и химия твердого тела. - Харьков: ВНИИ монокристалов. - 1983. - № 10. - С. 23-26.

29. Колб А.А., Крупкин А.Ж., Гоер Д.Б., Бутурлакин А.П., Гомоннай А.В. Влияние электронного облучения на спектры поглощения кристаллов GaP: Te // Физическая электроника. - Львов: Вища школа. - 1990. - № 41. - С. 27-30.

30. Гомоннай О.В. Спектри поглинання оксидних стекол, опромінених високоенергетичними електронами // Елементарні процеси в атомних системах. - Ужгород: ІЕФ НАН України. - 1998. - С. 49-57.

31. Інтерферометр для визначення локальних змін показника заломлення ізотропних твердих тіл: Патент № 40474 А. Україна, МПК 7 G01N21/45 / О.В.Гомоннай. - № 2001031498; Заявл. 05.03.2001; Опубл. 16.07.2001, Бюл. № 6. - 3 с.

32. Пристрій для низькотемпературного опромінення твердих тіл: Патент № 43233 А. Україна, МПК 7 G01N27/64, 27/66, МПК 7 G21H5/00, 5/02 / І.Г.Мегела, О.В.Гомоннай. - № 2001042738; Заявл. 23.04.2001; Опубл. 15.11.2001, Бюл. № 10. - 3 с.

33. Спосіб отримання радіаційно стійкого силікатного скла: Патент № 61274 А. Україна, МПК 7 G01N23/00, G02B1/02, МПК 7 H01L31/00 / О.В.Гомоннай, І.І.Турок, І.Г.Мегела. - № 2002119302; Заявл. 22.11.2002; Опубл. 17.11.2003, Бюл. № 11. - 3 c.

34. Гомоннай А.В., Гурзан М.И., Сало Л.А., Грабар А.А., Высочанский Ю.М., Сливка В.Ю. Характер фазовых переходов в сегнетополупроводниковых твердых растворах на основе Sn₂P₂S₆ // Труды Всесоюзной конф. по физике полупроводников. - Том 2. - Баку. - 1982. - С. 145-146.

35. Ажнюк Ю.Н., Гомоннай А.В., Гоер Д.Б., Малеш В.Г. Рассеяние света в облученных электронами кристаллах GaP // Тезисы докладов IV Всесоюзной конф. по спектроскопии комбинационного рассеяния света. - Том 2. - Ужгород. - 1989. - С. 91-92.

36. Azhniuk Yu.M., Megela I.G., Goyer D.B., Gomonnai A.V., Brailovsky Ye.Yu. Electrical and optical studies of electron-irradiated III-V semiconductors // Abstr. International Conf. “Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics”. IV. - Uzhgorod (Ukraine). - 1996. - P. 174.

37. Azhniuk Yu.M., Gomonnai A.V., Goyer D.B., Megela I.G. Luminescence and resonant Raman scattering in electron-irradiated CdS_1-xSe_x mixed crystals // Abstr. International Conf. “Optical Diagnostics of Materials and Devices for Opto-, Micro- and Quantum Electronics”. IV. - Kiev (Ukraine). - 1999. - P. 40.

38. Gomonnai A.V., Azhniuk Yu.M., Goyer D.B., Megela I.G. Irradiation-induced variation of optical parameters of CdS_1-xSe_x nanocrystals in borosilicate glass matrix // Abstr. International Conf. “Advanced Materials”. Symposium B. - Kiev (Ukraine). - 1999. - P. 71.

39. Gomonnai A.V., Solomon A.M., Lopushansky V.V., Megela I.G., Azhniuk Yu.M., Turok I.I. Optical absorption spectra of X-ray irradiated CdS_1-xSe_x quantum dots // Abstr. Europhysics Conf. “Elementary Processes in Atomic Systems”. - Uzhgorod (Ukraine). - 2000. - P. 98.

40. Gomonnai A.V., Megela I.G., Azhniuk Yu.M., Goyer D.B., Turok I.I. Infrared spectra of electron-irradiated CdS_1-xSe_x quantum dots in a glass matrix // Abstr. International Conf. “Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics”. V. - Kyiv (Ukraine). - 2000. - P. 54.

41. Гомоннай О.В., Височанський Ю.М., Романова Л.Г., Ажнюк Ю.М., Соломон А.М., Пріц І.П. Отримання і спектроскопічні дослідження мікрокристалів гексатіогіподифосфату олова у матриці полівінілового спирту // Тези доповідей XV Української конф. з неорганічної хімії за міжнародною участю. - Київ: Київський національний університет імені Тараса Шевченка. - 2001. - С. 282.

42. Azhniuk Yu.M., Gomonnai A.V., Kranjcec M., Lopushansky V.V., Megela I.G., Goyer D.B. Spectroscopic studies of irradiation-induced changes in glass-embedded CdS_1-xSe_x nanocrystals // Abst. Joint Vacuum Conf. IX. - Schloss Segau (Austria). - 2002. - P. 66-67.

43. Vojnarovych I., Pinzenic V., Makauz I., Cheresnya V., Gomonnai A., Kikineshi A. Structure and optical properties of chalcogenide ferroelectric nanocrystals // Тези доповідей 1 Української наукової конф. з фізики напівпровідників (з міжнародною участю). - Том 2. - Одеса: Одеський національний університет імені І.І.Мечникова. - 2002. - С. 126.

44. Azhniuk Yu.M., Gomonnai A.V., Lopushansky V.V., Megela I.G. Optical investigation of electron-irradiated CdS_1-xSe_x nanocrystals in borosilicate glass matrix / Abstr. General Conf. of Balkan Physical Union (BPU-5). V. - Vrnjacka Banja (Serbia and Montenegro). - 2003. - P. 114.

45. Гомоннай О.В. Індуковані опроміненням ефекти в нанорозмірних та об'ємних халькогенідних напівпровідниках / Програма та тези доповідей Наукового семінару ”Фізика наносистем” Секції фізики Західного Наукового центру НАН і МОН України та Західно-Українського фізичного товариства. - Львів: ЗНЦ НАН і МОН України. - 2003. - С. 6-7.

Анотація

Гомоннай О.В. Індуковані високоенергетичним опроміненням ефекти у фосфідних і халькогенідних напівпровідниках. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків. - Інститут фізики напівпровідників імені В.Є.Лашкарьова НАН України, Київ, 2004.

Дисертацію присвячено встановленню основних закономірностей впливу ефектів розупорядкування на оптичні властивості фосфідних та халькогенідних кристалів, зокрема й нанокристалів, а також вивченню фізичних процесів, що відбуваються в них під дією високоенергетичного опромінення. Виявлені індуковані високоенергетичними електронами ефекти розупорядкування кристалічної гратки та зміни процесів оптичного поглинання і випромінювальної рекомбінації в монокристалах GaP, CdS_{1_x}Se_x. З'ясовані особливості фононних спектрів халькогенідних нанокристалів (CdS_1-xSe_x, Sn₂P₂S₆). Вивчені процеси оптичного поглинання в опромінених високоенергетичними електронами нанокристалах CdS_{1_x}Se_x у матриці боросилікатного скла, встановлений характер і механізм радіаційно індукованих змін. Отримані нанокристали Sn₂P₂S₆, в тому числі вкрапленими у діелектричні матриці, та з'ясовано вплив розмірного фактору та високоенергетичного електронного опромінення на параметри фазового переходу.

Abstract

Gomonnai A.V. High-energy irradiation-induced effects in phosphide and chalcogenide semiconductors. - Manuscript.

Thesis for a Doctor of Sciences (Physics and Mathematics) degree in speciality 01.04.10 - physics of semiconductors and dielectrics. - V.Ye.Lashkaryov Institute of Physics of Semiconductors, Ukr. Nat. Acad. Sci., Kyiv, 2004.

The thesis is devoted to the studies of the main regularities of disorder effects on the optical properties of phosphide and chalcogenide crystals, including nanocrystals, as well as the studies of physical processes in these materials under high-energy electron irradiation. Irradiation-induced lattice disordering effects in wide-gap semiconductors are observed, the processes of optical absorption and radiative recombination in high-energy electron-irradiated GaP, CdS_{1_x}Se_x single crystals are studied. The specific features of the phonon spectra of chalcogenide nanocrystals (CdS_1-xSe_x, Sn₂P₂S₆) are elucidated. High-energy electron irradiation effect on the optical properties of CdS_{1_x}Se_x nanocrystals embedded in borosilicate glass matrix is investigated, the character and mechanism of the radiation-induced changes being found out. Sn₂P₂S₆ nanocrystals are obtained, both free and embedded in dielectric matrices, size factor effect on the phase transition parameters is analyzed.

Аннотация

Гомоннай А.В. Индуцированные высокоэнергетическим облучением эффекты в фосфидных и халькогенидных полупроводниках. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени доктора физико-математичних наук по специальности 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков. - Институт физики полупроводников имени В.Е.Лашкарёва НАН Украины, Киев, 2004.

Диссертация посвящена изучению основных закономерностей влияния эффектов разупорядочения на оптические свойства фосфидных и халькогенидных кристаллов, в том числе и нанокристаллов, а также исследованию физических процессов, происходящих в них под влиянием высокоэнергетического облучения.

В диссертации исследованы эффекты разупорядочения кристаллической решетки широкозонных полупроводников GaP, CdS_{1_x}Se_x. В частности, впервые обнаружено в спектрах комбинационного рассеяния облученных высокоэнергетическими (4-14 МэВ) электронами кристаллов GaP запрещенное правилами отбора рассеяние света первого порядка на акустических фононах края зоны Бриллюэна; зависящее от характера резонанса перераспределение интенсивностей LO и 2LO фононов в резонансных КР спектрах монокристаллов CdS_1-xSe_x при облучении электронами с энергией 10 МэВ. Исследованы оптические свойства (спектры поглощения и фотолюминесценции) объемных кристаллов GaP и CdS_{1_x}Se_x, облученных высокоэнергетическими электронами, изучены процессы изохронного отжига. Экспериментально обнаружены и изучены эффекты радиационного увеличения концентрации центров излучательной рекомбинации в твердых растворах CdS_1-xSe_x с большим содержанием серы.

На основании проведенных экспериментальных исследований и расчетов фононных спектров установлено соотношение вкладов основных факторов, определяющих индуцированные размерными эффектами изменения в спектрах комбинационного рассеяния нанокристаллических халькогенидных полупроводников, в частности рассеяние на поверхностных фононах и связанное с пространственным конфайнментом рассеяние на фононах всей зоны Бриллюэна, а также (для случая нанокристаллов твердых растворов, внедренных в диэлектрические матрицы) внешнего давления и композиционного разупорядочения.

Изучено влияние внешних факторов (высокоэнергетическое электронное и рентгеновское облучение, гидростатическое давление, температура) на процесы оптического поглощения в нанокристаллах CdS_{1_x}Se_x, внедренных в боросиликатную матрицу. Впервые обнаружены зависящие от типа, энергии и дозы облучения эффекты коротковолнового сдвига края поглощения и трансформации спектров поглощения в области квантово-размерных максимумов квантовых точек CdS_{1_x}Se_x, обусловленные переносом индуцированных ионизирующим излучением носителей заряда между матрицей и нанокристалами.

Для сегнетоэлектрических кристаллов Sn₂P₂Se₆ обнаружен эффект увеличения температурного интервала существования несоразмерной фазы в результате высокоэнергетического электронного облучения. В рамках модели АNNNI рассмотрено влияние размерного фактора на температурный интервал существования сегнетоэлектрической фазы в кристаллах Sn₂P₂S₆. Получены некоторые сложные халькогенидные нанокристаллы, в частности Sn₂P₂S₆, в том числе внедренные в диэлектрические матрицы. На основании данных электронной микроскопии и рентгеноструктурных исследований определены размеры и форма нанокристаллов, средняя дисперсия их размеров, изучены основные тенденции поведения характеристических линий в спектрах КР.

Практическое значение полученных результатов состоит в том, что результаты исследований дозовых и энергетических зависимостей индуцированного облучением дополнительного поглощения объектов исследования могут быть использованы при моделировании влияния излучений на оптические характеристики элементов. Показана возможность использования внедренных в силикатную матрицу нанокристаллов сульфида-селенида кадмия для повышения радиационной стойкости силикатного стекла. Также разработана методика низкотемпературного облучения твердых тел, способы радиационно-термической обработки некоторых легированных бинарных полупроводников и устройства для контроля некоторых физических параметров материалов.

Размещено на Allbest.ru