Фото- і термоіндуктовані явища у легованих силенітах

У нелегованих кристалах ВМО координатні залежності поляризуючого поля Ер() із мінімумом у прикатодній області та різким зростанням поблизу аноду свідчать про об'ємний розподіл гетерозаряду і блокуючий тип контактів Ме-BSO (Ме =Pt, Ag). В інтервалі Т = 320480 К спостерігалися низькочастотні (0.030.3 Гц) коливання струму ТСП, зумовлені монополярною ексклюзією з участю ГЦ. Розрахована залежність: Т= а(b+cLn(Up))+ [Ln(Up)]-2, де a, b, c =const, узгод- жується з експериментальною. З'ясовано, що інверсії струму ТСД, що виникають при Тр 350400 К, зумовлені конкуренцією гетеро- і інжектованого гомозаряду.

Виявлено значне перезахоплення носіїв заряду на уловлювачі та об'ємно-зарядова природа більшої частини піків струму ТСД. Встановлено, що поведінка С- і С-піків із Tmax = 500 і 550 К (ТЕа = 0.93 і 1.06 еВ) із зміною Up і Tp є характер- ною для дипольної поляризації. Разом із тим мають місце залежності QС і QС від p, притаманні об'ємно-зарядовій поляризації. Зберігаючи висновок про диполь- ну поляризацію, залежності від p зв'язано з фотохромізмом BSO. За ФХЕ відпо- відають іони BiSi3+ і BiSi5+. Збудження ФХЕ веде до зміни заряду іонів BiSi5+: Bi5+ + eBiSi 4+, яка супроводжується створенням діркових центрів О-: BiSi 4+= BiSi3++ h. Комплекси з BiSi3+, BiSi4+, BiSi5+ та O-, О2- мають дипольні моменти, зміна співвідношення їхніх концентрацій має залежати від p, при цьому експеріментальна крива QС (p) проходить через максимум, а QС (p) - через мінімум.

Знайдено наступні особливості і закономірності впливу легування.

1. Іони Al, Ga, Сr і Mn суттєво змінюють набір типів електрично активних дефектів. 2. Незалежно від умов поляризації релаксує гетерозаряд, інверсії струму ТСД відсутні. 3. Зі зростанням Tp (Al, Ga) або Up (Mn) з'являються високотемпературні піки. 4. Спектри ТСД для ФЕС кристалів BSO з Al, Ga, Cr і Mn не зсунуті відносно спектрів ТЕС, заряди ФЕС і ТЕС близькі, QФЕС QТЕС та збільшені на 1-2 порядка (до 10-510-4 Кл) відносно BSO. 5. Чутливість ФЕС до p не пов'язана з фотопровідністю, яка на 2-3 порядки меньша, ніж у BSO, а зумовлена, як і для BSO, фотоіндукованою переорієнтацією квазідиполів. 7. ТСД описуються релаксаційними процесами із кінетикою 1-го порядку. 8. Легування веде до збільшення внеску у поляризаційні процеси дипольного механізму.

Методами термоактиваційної спектроскопії знайдено параметри електрично активних дефектів і функції їх енергетичного розподілу. Механізм поляризації BSO з Al, Ga, Cr, Mn вивчено із поведінки піків струму ТСД в інтервалах Т = 170 320(А), 320480(В), 480600(С) і 600800 К(D).

А-піки дискретні, їхню природу визначено як дипольну в BSO:Ga; для В- піків є притаманним значне перекриття (BSO:Ga, BSO:Al, BSO:Cr) або квазінеперервний розподіл (шириною Е= 0.230.28 еВ) поблизу найбільш вірогідних значень енергії активації ТЕ0а= 0.58, 0.62, 0.83 еВ (BSO:Mn); аналітичні вигляди залежностей Imax(Up, Tp) інтенсивних С-піків в BSO:Ga і BSO:Al, близьких за температурними позиціями до С- і С-піків у BSO, відповідають дипольній поляри- зації. Піки C в BSO:Mn і BSO:Cr закономірно зростають зі зростанням Tp (при Tp 470 K), зсув за шкалою температур зі зміною Tp, Up відсутній, це свідчить на користь дипольної поляризації. Спадіння Imax(Tp) (1/Tp)n, де n >1 при Tp 470 К та залежності Imax(Up), що проходять через максимум, вказують на взаємодію квазідиполів. Описаний тип польових залежностей та спадання за степеневим законом із n > 1 має місце також для В-піків (BSO:Cr) та D-піків (BSO:Mn, BSO:Cr).

Взаємодію дефектів було виявлено завдяки вивченню впливу на струми ТСД часу витримки tb при Т = Тp до подання поляризуючої напруги Up, а також впливу температури на спектри оптичного поглинання (h).

Звертає на себе увагу аналогія вигляду спектрів ТСД I(T) та (h) кристалів BSO:Cr і BSO:Mn. У спектрах I(T) спостерігаються П-подібні B-C- і широкі D-піки. У спектрах (h) теж виділяються дві смуги поглинання в інтервалах h1 = 1.2 1.8 еВ (B-C) і h2 = 1.83 еВ(D), при цьому B-C-смуги мають П-подібний вигляд. Якщо час витримки малий (tb 30 с), то для В- і С- піків у BSO, BSO:Сr і BSO:Mn залежності Imax(Tp,tb) і Q(Tp, tb) відповідають дипольній поляризації. Слідом за зростанням tb їх характер змінюється: у BSO:Cr вони проходять через мінімум при Тp 420 K, для BSO:Mn - через максимум та мінимум при Тp 370 та 420 К. Вплив часу витримки tb вказує на наявність взаємодії квазідиполів, а експоненційність падіння та зростання Im(Tp, tb) і Q(Tp, tb) - на її асоціаційно-дисоціаційний тип.

Зі зростанням T поглинання у В-С-смузі спадає сходинково (BSO) або з проходженням через мінімум (BSO:Cr), у D-смузі спостерігаються сходинки або максимуми (BSO:Mn) на фоні експоненційного росту поглинання. Криві (Т) характеризуються гістерезисом, зворотний хід нижчий від прямого. Падіння й гістерезис поглинання зумовлені термічним спустошенням електронних рівнів, екст- ремуми залежностей (Т), як і кривих Imax(Tp, tb), Q(Tp, tb), зумовлені зміною концентрації дефектів за рахунок асоціаційно-дисоціаційних процесів, енергії дисоціації Ediss та асоціації Eass, знайдені для (Т) і Imax(Tp, tb ), Q(Tp, tb), є близькими.

силеніт легований оптичний кристалофізичний

У припущенні, що за дипольну поляризацію відповідають квазідиполі типу “іонізовані донор -акцептор”, а об'ємно-зарядову забезпечують неасоційовані центри, описано кінетику асоціації та дисоціації донорно-акцепторних пар із концентрацією ni(tb) = (Npi /i)0.5{[exp(2tb/i)-1]/[exp(2tb/i)+1]} та ni(tb)= n0i(1+n0ii tb)-1, де Npi - концентрація неіонізованих пар донорів та акцепторів i-ого сорту, i - вірогідність асоціації, n0i - початкова концентрація асоціатів. Розраховані залежності ni(tb)/n0i для кристалів BSO:Mn і BSO:Cr узгоджуються з експериментальними залежностями Q/Qmax(tb), де час релаксації i = 1025103 с.

Легування та переведення до електретного стану зумовлює появу піків (T) та tg(Т). Їхня поведінка у кристалах BSO із Al, Ga, Cr має риси дебаївської релаксації: зі зростанням частоти у звуковому діапазоні до ~ 105 Гц піки зсовуються у бік високих Т та пригнічуються. У кристалах BSO:Mn ця поведінка є осциляторною: інтенсивність піків (T) зі зростанням проходить через максимум, температурні позиції піків (T) і tg(Т) не змінюються. Інтенсивність піків (Т) та tg(T) залежить від умов формування ТЕС та ФЕС (Up,Tp, p). Розраховано активаційні бар'єри ТЕа та частоти власних коливань релаксаторів.

Для BSO з Cr і Mn побудовано діаграми Коула-Коула (Т 300 К). Вони відмінні від притаманних дисперсії дебаївського типу й визначаються співвідношенням: ()/[( )-]= const, де = 52.8 і 55.8 (BSO:Cr і BSO:Mn). Діаграми () вміщуються у межи універсального закону, де поляризація зумовлена стрибковою переорієнтацією диполів (або стрибками носіїв заряду) /4/. Після кожного стрибка поляризація зменшується внаслідок екранування. Його ефективність визначає параметр p, зв'язаний з показником степіня n у частотній залежності дійс- ної та уявної частини діелектричної сприйнятливості: ()/()= W1/W2 = (1-p)/p = ctg(n/2), де W1, W2 - енергія, втрачена і накопичена за період, 0 < p < 1. Для BSO:Cr одержано n = 0.42, воно близьке до показника степеню у частотній залежності електропровідності, ~ () ~ n, яка виникає за рахунок стрибків електронів по локалізованих станах поблизу рівня Фермі; для BSO:Mn n = 0.12.

Таким чином, виявлено закономірності та механізми поляризаційних процесів у статичних та слабкозмінних електричних полях звукового діапазону частот, визначено параметри електрично активних дефектів.

У розділі 7 вивчено явища ТАФ, ТГФ, ТХЕ та температурні залежності домішкового оптичного поглинання (Т). Запропоновано моделі термічного перезарядження ГЦ, встановлено взаємозв'язок фото- і термоіндукованих явищ.

ТАФ і ТГФ досліджено в області Т = 80350 К. Активація власної фотопровідності Ф(Т) нелегованих BMO спостерігається в інтервалі Т1 = 140260 К і має особливості, пов' язані із залипанням електронів на мілкі t-рівні /5/.

1. Зростання фотоструму IФ(Т) описується експоненційними ділянками з енергіями термічної активації TEa1 = 0.17 та TEa2 = 0.09 еВ. 2. Протяжність температурних інтервалів кожноі з ділянок ТАФ зменшується зі зростанням інтенсивності збудження L. Точки перегину I1Ф, I2Ф, які обмежують ці ділянки, експоненційно залежать від температури перегину ТiП з енергіями активації TEtc1= 2TEа1, TEtc2 = 2TEа2. 3. Температура Тmax= 260 K, біля якої ТАФ закінчується, незмінна при різних рівнях освітлення L. 4. Кратність активації фотоструму Ка зменшується зі зростанням L. При низькому рівні збудження Ка ~ 106.

Гасіння власної фотопровідності BSO, BGO спостерігається у інтервалі Т2 = 260400 К із кратністю Кr= 105. Особливості ТГФ є характерними для термічного перезарядження r-центрів повільної та s-центрів швидкої рекомбінації, вони можуть бути описані у межах двоцентрової моделі /5/.

1. Явно виражені точки перегину Ir1Ф, Ir1Ф залежностей IФ(Т) при низьких і високих температурах (для цих точок, одержаних при різній інтенсівністі освітлення, спостерігаються експоненційні залежності від температури перегину Ir1Ф(Т), Ir2Ф(Т2) із енергією активації TЕrv= 0.47 еВ, що визначає положення r-рівнів відносно “стелі” валентноі зони Еv). 2. Зсув ТГФ у бік високих Т із зростанням інтенсивності збудження; S-подібний вигляд залежностей IriФ(Т) при слабкому збуд-женні в області лінійної люкс-амперної характеристики (ЛАХ).

ТГФ і ТАФ спостерігаються і для домішкової фотопровідності BSO з В-об- ласті, де м. Кратність гасіння фотоструму вища, ніж власного. При < м ТГФ не спостерігається, а ТАФ характеризується енергією активації TEa= 0.23 еВ.

Двоцентрова рекомбінація зумовлює степеневу залежність ЛАХ в області ТГФ: Ф/0Ф= b(L/L0), де L0 -мінімальне освітлення, b= const, 0Ф відповідає L0, = 14 і проходить через максимум із зростанням L.

Активація та гасіння власного і домішкового фотострумів IФ(T) (у діапазоні м) має місце також у легованих BМO. Іони Сr, Mn і Cu призводять до зсуву Tmax кривих IФ(T) до низьких, а V - до високих температур, крім того, ТГФ з'являється в інтервалі Т3 < 150 K. В BSO:Ga має місце лише ТАФ при Т4 > 230 K, ТАФ в області Т >T4 спостерігається і в BSO:Cr. Кратності активації Ка і гасіння Кr фотоструму залежать від виду домішки. Домішкова фотопровідність у діапазоні < м, росте зі зниженням Т. Залежності IФ(T), де ТАФ і ТГФ з'являються двічі (BSO з Cu, Mn,V) або тричі (BSO:Cr), є наслідком багатоцентрової рекомбінації, зумовленої r- і t-рівнями з різною фотоелектричною активністю. Знайдено концентрацію та енергію активації t-рівнів, а також r-центрів для різних домішок. Показано, що у BSO з Cr, Mn та Cu рекомбінація є бімолекулярною.

Залежності (Т) вивчено у полосах стаціонарного та фотоіндукованого поглинання при Т = 80700 К, вони є різними для А- та В-діапазонів спектру, розділених межою =м. Знайдено наступні закономірності. 1) В А-діапазоні вид (Т) визначається типом домішки. Для нелегованих BSO, BGO і BSO з Cu, Mn або Cr поглинання росте зі зростанням Т при Т 300 K (сходинково або через екстрему- ми), для BSO, BGO з Fe, Ga - аналогічним чином спадає. Поблизу 300 К для усіх кристалів (крім BSO:Cu) спостерігається максимум (Т), при Т > 300 К в усіх випадках має місце сходинкове падіння . 2) У В-діапазоні незалежно від виду домішки росте із ростом Т (сходинково або з проходженням через мак симум), при цьому температурні позиції сходинок падіння і зростання в А- та В-діапазонах взаємно корелюють. 3) У кристалах BSО і BGO з Cu, Cr, Mn,V (Т) в А-діапазоні є результатом накладення переходів “глибокий рівень - дозволена зона” на внутрішньоцентрові переходи. 5) В усіх випадках (T) характеризуються гістерезисом: поглинання у ході нагріву є вищим, ніж при охолодженні; це вказує на термічне спустошення локальних рівнів.

Особливістю BSO і BGO з Fe є глубокий мінімум кривих (Т) в інтервалі Т = 180280 К для обох діапазонів спектру. Цей мінімум є наслідком асоціаційно-дисоціаційних процесів з енергіями Eass 0.05 та Edis ~ 0.1 еВ.

Зростання температури зумовлює ТХЕ - термоіндуковану зміну спектрів (,Т). У кристалах BSO, BSO:Cu, BSO:Fe, BGO:Fe на першому етапі нагріву (Т 300 K) спектральний розподіл ТХЕ у В-діапазоні аналогічний до розподілу ФХЕ.

Виконано числове моделювання температурних залежностей інтегрального домішкового поглинання у силенітах (Т), у якому враховано співвідношення між термічною TEa і оптичною OEa енергіями активації ГЦ. Заселеність рівнів забороненої зони знайдено шляхом розв'язання систем кінетичних рівнянь для конкретних схем електронних переходів. При цьому у В-діапазоні спектру В(Т)= 0 +1SА()1Na-(T), де 0 = const, 1SА() - переріз фотоіонізації. В(Т) визначається оп- тичними переходами з мілких іонізованих акцепторів концентрацією 1Na- у зону провідності Ec (для них енергії активації O1Eaс і T1Eaс відносно Ec є однаковими). Під час нагріву в обмін із валентною зоною вступають m-типів акцепторів з усе більшими енергіями активації T1Eav (відносно Еv); концентрація акцепторів 1Na- може збільшуватися також за рахунок “перекачування” електронів з мілких донорів через зону провідності. Для акцепторів, розділених енергетично, заповнення одних настає раніше, ніж інших, у підсумку отримуємо сходинково зростаючу залежність: 1Na-(Т)= (1Nai[1-P(T)], де P(T)=[1+(Nv/2Na*)0.5 exp(-1TEav/2kBT)]-1 - вірогідність збереження акцептором нейтрального стану, 2Na- концентрація глибоких нейтральних акцепторів Nv - щільність станів у валентній зоні, * = const.

В А-діапазоні вигляд (Т) залежить від схеми термічних та оптичних переходів, що задається типом ГЦ (донор, акцептор) з OEaс TEaс. Поглинання визначається переходами у зону провідності з нейтральних донорів (BSO і BGO з Fe, Cr, Mn) або іонізованих акцепторів (BSO з Cu, Ag, Ga, Al): A(Т)=0+ 1,2(,T), де 1(,T) = 1SD(,Т)Nd(T), 2(,T)= 2SA(,Т)2Na-(T), 1SD(), Nd(T) і 2SA(), 2Na-(T)- переріз фотоіонізації й концентрація глибоких донорів або іонізованих глибоких ак- цепторів. Зростання поглинання зі зростанням T при T 300 K відбувається внаслідок перекачування електронів з мілких на m-глубокі донори або акцептори. Розв'язання кінетичних рівнянь з урахуванням рекомбінації та перезахоплення дало монотонно зростаючі (BSO:Cu) або такі, що проходять через максимум (BSO, BSO з Cr, Mn), залежності: 2N-a Ndi{1-[1+rdZ*]exp[-(d kBT2 TEdci)Z*]}; Nd(T) К1{1+К2(TEdci/nti0)[(kBT0)-1-(kBT)-1]}, де Z*= exp(-TEdci/kBT), d - частотний фактор, К1, К2 - const, r - час рекомбинації, TEdci, Ndi, nti0 - енергія акти вації, концентрація й початкове заселення електронами k-мілких донорних рівнів.

Термоіндуковане падіння поглинання відбувається за рахунок термоіонізації глибоких донорних або акцепторних рівнів, його описано через зміну заселеності цих рівнів електронами: 2nt (T)/nt0 B(tt)-1n(T)exp(TEa/kBT), де В - const, nt0, t і t - початкова концентрація, час і частотний фактор захоплення електронів на глибокі рівні, n(T) характеризує викидання електронів у зону провідності. Прийняття до уваги температурної залежності фотоіонізації дає множник (T/T0)-0.5 до Y1,2. Розраховані залежності (Т) добре корелюють з експериментальними.

На прикладі BSO:Al вивчено термознебарвлення в ІЧ-смузі спектру ФХЕ ФХ(), воно відбувається шляхом двосходинкового падіння й описане як на- слідок виходу дірок з двох глибоких акцепторів з ОЕа1 = 0.95 і ОЕа2= 0.78 еВ, зв'я- заних з Al: ФХ(T)/(T0) = A1exp(-Z1) + A2exp(-Z2), де Аi = 0.25 і 0.75, Zi = (aikBTb+2)/ TEai [1-(b+2)kBT/TEai]exp(-TEai/kBT), i =1, 2, TEai - енергія активації, аi - частотний фактор при Т0 = 85 К, b = 1.5 - показник, що враховує температурні залежності щільності станів у валентній зоні, теплової швидкості і перерізу іонізації дірок. Розрахункова крива Z(T) = ФХ(T)/(T0) з TEai = 0.16 і 0.4 еВ, аi = 5105 і 4109 с-1 добре співпадає з експериментальною.

Моделювання (T) та експерименти показали (на прикладах BSO з Fe, Cu, Ga, Cr, Mn і Al), що похідні d/dT= F(T) дають піки, аналогічні пікам термостимульованого струму та ТСЛ і можуть бути використані для оцінки параметрів ГЦ (енергії термічної активації, частотного фактору та інших). Для обробки піків кривих F(T) були застосовані різні методи термоактиваційної спектроскопії. Розраховані цими методами параметри ГЦ для кожного з піків близькі й корелюють зі знайденими з аналізу термостимульованих струмів та ТСЛ. Фракційне нагрівання дозволяє експериментально виділити внески різних центрів, які формують спектр ФХЕ. Так, для BSO:Al виділено основні смуги з ОЕа = 0.95 і 0.79 еВ та слабші з ОEа = 1.25, 1.85, 2.25 і 2.4 еВ. Вивчаючи (T) піків, енергія ОЕаi яких є відомою (ОEаi= himax, де imax - позиція i-ї компоненти спектру ФХЕ), одержуємо рідкісну можливість “прив'язати” значення OEai і TEаi до одних і тих самих ГЦ.

За допомогою цього методу показано, що для оптично активних ГЦ кристалів BGO, BSO, легованих Al, Fe, Cr, Mn, Ga, Cu, співвідношення OEa/TEa= 26, що свідчить про сильну ЕФВ (Табл. 1).

Таблиця 1. Енергетичні характеристики ГЦ у силенітах

З метою інтерпретації зв'язку фото- і термоіндукованих ефектів побудовано діаграми конфігураційних координат Q, в яких прийнято до уваги різницю енергій TEa і ОEa, наявність основних та метастабільних станів ГЦ, а також внутрішньоцентрових оптичних переходів, збуджених локалізованих та делокалізованих електронних станів. Модель описує в загальних рисах спектри поглинання, фотопровідності, ІДФ, ТХЕ, ФХЕ. Наприклад, при Т = 80 К спектр 0() формують переходи до зони провідності з донорних ГЦ, іонізованих акцепторів та внут- рішньоцентрові переходи у ГЦ. Нагрів до температур T1,2 = 100 і 200 К, що відпо- відають максимумам струму ТСПр, веде до спустошення центрів з энергіями активації TEa1,2 ~T1,2. Електрони перекачуються на ГЦ, це веде до термоіндукованого забарвлення (ТХЕ). При Т = T3 звільнюються рівні з TEa3 ~T3, це відповідає за термознебарвлення та визначає падіння (Т). У діапазоні 1 спектри () і Ф() є подібними, у діапазоні 2 внесок до Ф() дають лише фотоактивні переходи з ГЦ у делокалізований стан E6(Q). При Т <300 K фотозбудження з діапазону 1 веде до заповнення мілких та ГЦ (Е1(Q) і E2(Q), крім того, ГЦ переводяться до нефотоактивного стану Е8(Q). Цим зумовлена різниця позицій піків у спектрах ІДФ ІФ () та ФХЕ ФХ(). До руйнування ФХЕ при Т Т3 призводить термоіоніза- ція ГЦ у основному стані та термалізація електронів з нефотоактивного стану ГЦ.

У восьмому розділі обговорено можливості практичного застосування одержаних результатів, оптимізації матеріальних параметрів силенітів як функціонального середовища просторово-часових модуляторів світла, оптичних елементів дінамічної голографії, інтегральної оптики, пристроїв, у яких можуть бути використані електретні стани. Зроблено ряд конкретних рекомендацій по використанню кристалів: BSO:Cu для запису голограм у ближньому ІЧ-діапазоні, BSO з Al або Ga - для електроннооптичних модуляторів, кристалів BSO:Cr, BGO:Cr - для мікрохвиль оводів ( порогоподібний профиль розподілу Cr, втрати на довжині хвилі 0.63 м 34 Дб/см), кристалів Bi14V4O31 для пасивних елементів інтегральної оптики (коефіцієнти заломлення на довжині хвилі 0.63 м nx = 2.2641, ny = 2.4902, nz= 2.4585); електретних властивостей силенітів (електропольові датчики та інші).

Цитовані літературні джерела

1. Hou S.L., Lauer R.B., Aldrich R.E. Transport process of photoinduced carriers in Bi12SiO20// J. Appl. Phys. -1973. -V.44, №6. -P. 2652-2658.

2. Lauer R.B. Electron effective mass and conduction -band effective densite of states in Bi12SiO20 // J. Appl. Phys. -1974. - V. 45, №4. - P. 1794-1797.

3. Каргин Ю.Ф., Марьин А.А., Скориков В.М. Кристаллохимия пьезоэлектриков со структурой силленита // Изв. АН СССР. Неорг. матер. -1982. -Т. 18, №10. -С. 1605-1614.

4. Joncher A.R. New physical model of dielectric polarization in solid // Scintific papers of the Institute of Electrical Engineering Fundamentals. Seria Wspolpraca. -1977. -№16, P. 5-37.

5. Лашкарев В.Е., Любченко А.В., Шейнкман М.К. Неравновесные процеcсы в фотопроводниках. -К.: Наукова думка, 1981. -264 с.

ВИСНОВКИ

У роботі вперше проведено систематичне дослідження широкого кола явищ, індукованих дією світла та температури на оптичні абсорбційні, фотоелектричні та електрофізичні властивості силіко- і германосиленітів, легованих іонами Al, Ga, Sn, перехідних металів груп заліза (Fe, Cu, Cr, Mn, V) та паладію (Mo, Ag), а також силенітів із дефектами стехіометрії. Застосовано комплексний підхід, який поєднує оптичну, фотоелектричну, фотолюмінесцентну, діелектричну, термоактиваційну спектроскопію, МЦД й ОДПР із вивченням кристалофізичних особливостей утворення домішкових центрів та дефектів власної природи. Основним результатом роботи є одержання фізичної картини, яка дозволила узагальнити прояви ГЦ, встановити основні закономірності ФХЕ, ТХЕ, ІДФ, ТАФ, ТГФ, ФЕС, ТЕС, визначити якісні та кількісні характеристики цих явищ та ГЦ, обгрунтувати й застосувати підхід до силенітів як до широкозонних напівпровідників із значною ЕФВ при електронних переходах. Основні висновки полягають у наступному .

1. Встановлено кореляційні зв'язки між особливостями оптичного поглинання, фотопровідності, фотолюмінесценції легованих силенітів, з одного боку, та типом домішки, мірою компенсації донорних центрів акцепторними і ефективністю рекомбінації, з іншого боку. Це створює наукову основу для цільоспрямованої модифікації фізичних властивостей силенітів шляхом легування.

Знайдено основні закономірності й розвинуто уявлення про сутність ФХЕ та ІДФ у силенітах. Показано, що ці ефекти мають спільний спектр збуджен- ня у короткохвильовій ділянці спектру поглинаня із п 18103 см-1, але різну природу. ФХЕ визначається внесками у фотоіндуковане поглинання власних та домішкових ГЦ: поглинання власних центрів BSO (max =21103 см-1) домінує у силенітах з Ag, Cu, Mo, поглинання типу “ГЦ- валентна зона” (max = 6103 см-1) - у кристалах з Al; d-d переходи - у кристалах з Cr, Mn, Fe, V. Спектральний розподіл ІДФ визначається заповненням хвостів електронних станів (щільність яких визначає тип домішки).ІДФ у діапазоні п конролюється конкуренцією каналів швидкої та повільної рекомбінації, яка залежить від температури.

3. Методами оптичної, фотолюмінесцентної, фотоелектричної та коливальної спектроскопії із урахуванням умов мікроізоморфізму визначено спектроскопічні властивості оптично активних ГЦ, зокрема іонів перехідних металів, іхню локалізацію у кристалічній гратці та заряд у рівноважному і фотоіндукованому стані кристалів силенітів. Із використанням методів МЦД та ОДПР вперше виявлено парамагнітні центри, що відповідають за ФХЕ у силенітах, легованих Al. Запропоновано моделі центрів, схеми електронних переходів та схеми фотоіндукованоі зміни зарядового стану центрів. Знайдено функції енергетичного розподілу електронних станів фотоактивних центрів у забороненій зоні силенітів.

4. Вперше комплексно досліджено поляризаційні процеси у силенітах у стаціонарних та змінних полях звукового діапазону частот, виявлено їхні закономірности: формування ТЕС і ФЕС із зарядом QТЕС,ФЕС ~ 10-510-6 Кл; неординарна залежність заряду ТЕС від температури поляризації QТЕС ~ Tp-n із n >1 та осциляторна частотна залежність дійсної частини комплексної діелектричної проникності (кристали BSO:Mn). Ідентифіковано об'ємно-зарядову і дипольну поляризацію, збільшення внеску дипольного механизму за рахунок легування BSO Al, Ga, Cr, Mn; виявлено термічне дефектостворення та запропоновано модель асоціації-дисоціації квазідиполів у вигляді донорно-акцепторних пар; оцінено параметр екранування елементарних актів поляризації, а також параметри і функції енергетичного розподілу електрично активних дефектів.

5. Досліджено ефекти ТАФ і ТГФ; показано, що у нелегованих силенітах вони визначаються, відповідно, залипанням та двоцентровою рекомбинацією, у силенітах з Cu, Mn, Cr, V - залипанням та багатоцентровою рекомбінацією. Знайдено параметри центрів залипання та рекомбінації.

6. Вперше досліджено температурні залежності домішкового оптичного поглинання (Т) та ТХЕ у силенітах. Знайдено нові закономірності: сходинково спадаючі залежності (Т) у діапазоні м, що корелюють із сходинково зростаючими залежностями (Т) у діапазоні >м, де м визначається типом домішки; співпадання температурних позицій піків залежностей d(Т)/dT та піків термостимульованого струму й люмінесценції; ідентичність спектрального розподілу ТХЕ у кристалах BSO та BSO, BGO з Fe, Cu та розподілу ФХЕ. Виконано числове моделювання термоіндукованого перезарядження домішкових центрів, одержано аналітичні вирази залежностей (Т) поглинання BSO, BGO, легованих Al, Ga, Cr, Mn, Cu, Fe, що узгоджуються з експеріментальними.

7. Розвинуто методику комплексного дослідження оптично та електрично активних ГЦ. На прикладі кристалів BSO та BSO з Al, Ga, Cr, Mn, Fe, Cu доведено, що арсенал методів термоактиваційної спектроскопії можна використовувати для аналізу спектрально-температурних залежностей домішкового оптичного поглинання (виділення індивідуальних компонентів шляхом фракційного нагріву) та залежностей d(Т)/dT (визначення енергії оптичної (ОЕа) та термічної активації (ТЕа), частотного фактору з їхнім віднесенням до одних і тих самих ГЦ).

9. Визначено параметри (ТЕа, ОЕа, переріз фотоіонізації, частотний фактор) ГЦ, що відповідають за фото- і термоіндуковані явища; дано оцінку ЕФВ (урбахівський параметр =35, співвідношення ОЕа/ТЕа = 26, фактор Хуанга-Риса SHR = 712) у кристалах BSO з дефектами стехіометрії (у вигляді надміру або дефіциту Bi) та легованих Al, Ga, Cr, Mn,V, Cu, Fe. Визначено роль власних та домішкових ГЦ у формуванні локальних енергетичних станів забороненої зони силені тів.

10. Дано феноменологічний опис ФХЕ, ТХЕ, стаціонарного поглинання, фоточутливісті та температурної залежності термостимульованого струму у силенітах в узагальненій формі з єдиної точки зору на базі діаграми конфігураційних координат, у якій прийнято до уваги багатофононний характер електронних переходів та велику різницю енергій ОЕа і ТЕа ГЦ у силенітах.

11. Оптимізовано технологію та вирощено нелеговані і леговані германо- та сілікосиленіти високої оптичної якості, нові кристали Bi14V4O31, які введено у обіг наукових досліджень та практичного використання. Дано рекомендації з використання результатів досліджень, зокрема для поширення функціональних можливостей та оптимізації параметрів просторово-часових модуляторів світла, планарних оптичних мікрохвильоводів, пристроїв голографічної інтерферометрії, електретних приладів.

В цілому одержані результати формують уявлення про ГЦ та їхню роль у фото- й термоіндукованих явищах у легованих силенітах, а також становлять практичний інтерес для модифікації властивостей фоторефрактивних кристалів та оптимізації параметрів пристроїв функціональної електроніки.

СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кухарский А.А., Панченко Т.В. Влияние некоторых примесей на спектры комбинационного рассеяния света в силикате висмута // ФТТ. - 1979. - Т.21, №. 11. - С. 3477-3479.

2. Панченко Т.В., Кудзин А.Ю., Трусеева Н.А. Термостимулированные токи в монокристаллах Bi12SiO20 // ФТТ. - 1980. - Т. 22, №. 6. - С. 1851-1854.

3. Панченко Т.В., Кудзин А.Ю., Костюк В.Х. Влияние легирования на свойства монокристаллов Bi12SiO20 // Изв. АН СССР. Неорг. Мат. - 1983. - Т. 19, № 7. - С. 1144-1147.

4. Остроуменко А.П., Панченко Т.В., Прудкий В.П., Шмалько А.В. Модуляция света в оптических волноводах на основе монокристаллов силленитов // УФЖ. - 1983. - Т. 28, № 2. - С. 195-199.

5. Панченко Т.В., Катков В.Ф., Костюк В.Х.,Трусеева Н.А., Шмалько А.В. Новый висмутсодержащий кристалл Bi14V4O31// УФЖ. - 1983. - Т. 28, № 7. - С. 1091-1093.

6. Моисеенко В.Н., Орел Б., Клайншек М., Панченко Т.В. Колебательные спектры и дисперсия поляритонов в чистых и легированных Al и Cr кристаллах Bi12SiO20 // ФТТ. - 1984. - Т. 26, № 11. - С. 3255-3260.

7. Панченко Т.В., Трусеева Н.А. Оптическое поглощение в легированных кристаллах Bi12SiO20 // УФЖ. - 1984. - Т. 29, № 8. - С. 1186-1191.

8. Кудзин А.Ю., Панченко Т. В., Трусеева Н.А. Энергетические уровни в запрещенной зоне чистых и легированных кристаллов Bi12SiO20 // УФЖ. - 1984. - Т. 29, № 9. -С. 1414-1417.

9. Панченко Т.В., Трусеева Н.А., Потапович Ю.Н. Поляризационные эффекты в монокристаллах Bi12SiO20 // УФЖ. - 1987. - Т. 32, № 8. - С. 1232-1238.

10. Панченко Т.В., Солодовникова И.В. Фотолюминесценция кристаллов Bi12SiO20 // УФЖ. - 1988. - Т. 33, № 7. - С. 1014-1019.

11. Панченко Т.В., Трусеева Н.А. Фотоиндуцированные центры окраски в чистых и легированных кристаллах Bi12SiO20 // УФЖ. - 1989. -Т. 34, № 10, -С. 1495-1501

12. Панченко Т.В., Осецкий Ю.Г. Фотохромный эффект в легированных кристаллах Bi12SiO20// Письма в ЖТФ. - 1989. - Т. 15, № 20. - С. 20-24.

Панченко Т.В. Индуцированная примесная фотопроводимостьв кристаллах Si- и Ge- силленитов // ФТТ.- 1998.-Т.4-, №6. -С.1027-1029.

Панченко Т.В., Осецкий Ю.Г. Электрохромный эффект в нелегированных и легированных кристаллах Bi12SiO20 // Письма в ЖТФ. - 1990. Т.16, №. 13. -С. 53-57

15. Панченко Т.В., Потапович Ю.Н., Снежной Г.В. Поляризационные эффекты и глубокие уровни в кристаллах Bi12SiO20 // Изв. АН СССР. Сер. физ. - 1990. - Т. 34, № 4. - С. 781-786.

16. Panchenko T.V., Truseyeva N.A. Optical absorption and photochromic effect in Cr and Mn doped Bi12SiO20 single crystals// Ferroelectrics. - 1991. - Vol. 115. - P. 73-80.

17. Панченко Т.В., Снежной Г.В. Фото- и термоэлектретные состояния в кристаллах Bi12SiO20// ФТТ. - 1991. - Т. 33, № 12. - С. 3546-3551.

18. Panchenko T.V., Truseyeva N.A., Osetsky Yu.A. Color centers in Bi12SiO20 single crystals// Ferroelectrics. - 1992. - Vol. 129. - P. 113-118.

19. Потапович Ю.Н., Панченко Т.В., Снежной Г.В. Установка для исследования термостимулированных токов // Измерительная техника. - 1992. - № 7. -С. 54-56.

20. Панченко Т.В., Снежной Г.В. Роль инжекции электронов в формировании электретного состояния в кристаллах Bi12SiO20 // ФТТ. - 1992. - Т. 34, № 7. - С. 2277-2279.

21. Вагин С.В., Йерман, Р. Ходошчек М., Орел Б., Панченко Т.В. Спектры ИК-отражения кристаллов Bi12SiO20 при низких температурах// ФТТ. - 1992. - Т. 34, № 5. - С. 1384-1388.

22. Панченко Т.В., Снежной Г.В. Термодеполяризационный анализ механизмов поляризации в кристаллах Bi12SiO20, легированных ионами Al и Ga // ФТТ. -1993. - Т. 35, № 12. - С. 3248-3257.

23. Панченко Т.В., Снежной Г.В. Электрически активные дефекты в нелегированных и легированных ионами Al и Ga кристаллах Bi12SiO20 // ФТТ. - 1993. - Т. 35, № 11. - С. 2945-2952.

24. Panchenko T.V., Snezhnoy G.V. Photoeltctret state in Al, Ga-doped Bi12SiO20 crystals // Ferroelectrics. - 1995. V. 174. - P. 51-59.

25. Panchenko T.V., Truseyeva N.A. Photochromism of Bi12SiO20 crystals doped by transition metals ions of Fe group // Tenth Feofilov Symposium on Spectroscopy of Crystals Activated by Rare-Earth and Transitional-Metal Ions. -Alexandr I. Ryskin, Vadim F. Masterov, Editors. / Proc. SPIE. -1996. -Vol. 2706. -P. 83-92.

26. Панченко Т.В., Копылова С.Ю., Осецкий Ю.Г. Краевое поглощение в кристаллах Bi12SiO20// ФТТ. - 1995. - Т. 37, № 9. - С. 2578-2585.

27. Панченко Т.В., Янчук З.З. Фотоэлектрические свойства кристаллов Bi12SiO20//. ФТТ. - 1996. - Т. 38, № 7. - С. 2018-2028.

28. Панченко Т.В., Янчук З.З. Фотопроводимость легированных кристаллов Bi12SiO20 // ФТТ. - 1996. - T. 38, №. 10. - С. 3042-3046.

29. Панченко Т.В., Костюк В.Х., Копылова С.Ю. Локальные центры в кристаллах Bi12SiO20 нестехиометричного состава // ФТ Т. - 1996. - Т. 38, № 1. - С. 155-165.

30. Панченко Т.В. Диэлектрическая релаксация в кристаллах Bi12SiO20// ФТТ. - 1997. - Т. 39, № 7. - С. 1223-1229.

31. Panchenko T.V., Potapovich Yu.N., Karpova L.M. Termoelectret state in Mn-, Cr-doped Bi12SiO20 crystals // Ferroelectrics. - 1998. - V. 214. - P. 287-294.

32. Briat B., Panchenko T.V., Bou Rjeily H., Hamri A. Optical and magneto-optical characterization of the Al acceptor levels in Bi12SiO20 // J. Opt. Soc. Am. B. - 1998. - V. 15, № 7. - P. 2147-2153

33. Панченко Т.В., Карпова Л.М. Струми термостимульованої деполяри- зації в кристалах Bi12SiO20:Cr // УФЖ. - 1998. - T. 43, №8. - C. 945-948.

34. Панченко Т.В. Термооптическое исследование глубоких уровней в легированных кристаллах Bi12SiO20. // ФТТ. - 1998. - T. 40, №3. - C. 452-457.

35. Панченко Т.В. Термооптическое исследование примесных центров в кристаллах Bi12SiO20, легированных Cu. // ФТТ. - 1998. - T. 40, № 7. - C. 1246- 1251.

36. Панченко Т.В., Карпова Л.М. Термодеполяризація кристалів Bi12SiO20, легованих іонами Mn // УФЖ. - 1999. - Т. 44, № 3. - С. 346-350.

37. Панченко Т.В. Термоионизация примесных центров в кристаллах Bi12SiO20 и Bi12GeO20, легированных Fe // ФТТ. - 1999. - Т. 41, №6. - С. 1006-1011.

38. Панченко Т.В., Карпова Л.М. Термическое дефектообразование в нелегированных и легированных Cr и Mn кристаллах Bi12SiO20 // ФТТ. - 1999. - Т. 41, № 9. -С. 1593-1596.

39. Панченко Т.В. Фото- и термоиндуцированное оптическое поглощение ифотопроводимость в кристаллах силленитов// ФТТ.- 2000. -Т. 42, № 4.- С. 641-646.

40. Вагин С.В., Орел Б., Йерман Р., Орлов О.Л., Панченко Т.В. Особенности ИК-поглощения кристаллов Bi12SiO20 нестехиометрического состава// Труды Всесоюзной конференции. Реальная структура и свойства ацентричных кристал лов Благовещенск.: Амурполиграфиздат. - 1990. - Ч. 2. - С. 322-329.

41. Авраменко В.П., Кудзин А.Ю., Панченко Т.В., Соколянский Г.Х. Электропроводность легированных кристаллов силикосилленита // Полупроводники- сегнетоэлектрики. - Ростов-на-Дону: РГУ. -1984.- С. 139-145.

42. Панченко Т.В., Карпова Л.М. Електретний ефект та діелектрична релаксація у кристалах Bi12SiO20, легованих Cr та Mn // Тези доповідей Першої української школи-семінару з фізики сегнетоелектриків та споріднених матеріалів (УШФС-1). -Львів: ЛвЦНТЕІ. - 1999. - С. 104.

43. Способ получения монокристаллов ванадата висмута: А.с. №1148378 СССР, МКИ С 30 В 15/00, 29/30 / С.В.Акимов, В.Ф. Катков, Т.В. Панченко, И.В. Пруж ко (СССР). - №.3663897; заявлено 21.11. 1983 г; Опубл. 05.02. 1991 Бюл. № 27 - 4 с. с ил.

44. Способ изготовления оптических микроволноводов на основе силленитов: А.с. №974811 СССР, МКИ С30 В 31/02, 29/22 / Т.В. Панченко, А.В. Шмалько, В.А. Вознесенский (СССР).- № 3003872; Заявлено 04. 11.1980 г.; Опубл. 30.10. 1992 Бюл. № 37.- 4 с. с ил.

45. Фотохромный электрооптический материал: А. с. №1673654 СССР, МКИ С 30 В 29/22, 15/04 /G 03 H 1/02. / Т.В. Панченко, Ю.Г. Осецкий (СССР). - № 4693917; Заявлено 2 февраля 1989г.; Опубл. 30.08.91. Бюл. № 32.- 4 с. с ил.

ПАНЧЕНКО Т.В. ФОТО- І ТЕРМОІНДУКОВАНІ ЯВИЩА У ЛЕГОВАНИХ СИЛЕНІТАХ - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01. 04. 07 - фізика твердого тела. - Дніпропетровський державний університет, Дніпропетровськ, 2000 р.

Робота присвячена вивченню низки явищ, індукованих термічною та світловою діями на оптичні абсорбційні, люмінесцентні, фотоелектричні та електрофізичні властивості кристалів силіко- і германосиленітів, легованих іонами Al, Ga, Sn, перехідних металів груп Fe (Fe, Cu, Cr, Mn, V) та Pd (Mo, Ag), а також кристалів, що мають дефекти стехіометрії. Знайдено основні закономірності фото- і термохромного ефектів, термічної активації та гасіння фотопровідності, формування фото- і термоелектретних станів. Визначено параметри електрично й оптично активних дефектів, ідентифіковано внески об'ємно-зарядової та квазидипольної поляризації, виявлено процеси багагоцентрової рекомбінації.

Одержані результати обговорюються у межах концепції глибоких центрів з оцінкою електрон-фононної взаємодії при електронних переходах та співвідношення енергій термічної та оптичної активації. Виконано моделювання процесів оптичного та термічного перезарядження глибоких центрів, побудовано діаграми конфігураційних координат, що дозволяють з єдиної точки зору описувати фотохромний ефект, домішкову фотопровідність та термостимульований струм. Показано, що кристали силенітів є доцільним розглядати як широкозонні напівпровідники із сильною електрон-фононню взаємодією при електронних переходах.

Дано деякі рекомендації з практичного застосування одержаних результатів у функціональній електроніці для розробки просторово-часових модуляторів світла, планарних мікрохвильоводів, запису голограм, електретних приладів.

Ключові слова: кристали Bi12SiO20, Bi12GeO20, дефекти стехіометрії, легуючі іони Al, Ga, Cr, Mn, Cu, Fe, Sn, Ag, Mo, оптичне поглинання, фотолюмінесценція, термостимульована поляризація і деполяризація, фотохромний ефект, фотопровідність, температурна активація і гасіння фотопровідності, фото- і термоелектретний стани, магнітний циркулярний дихроізм, діаграми конфігураційних координат, оптична і термічна активація, глибокі центри.

ПАНЧЕНКО Т.В. ФОТО- И ТЕРМОИНДУЦИРОВАННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ЛЕГИРОВАННЫХ СИЛЛЕНИТАХ - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико- математических наук по специальности 01. 04. 07 - физика твердого тела. - Днепропетровский государственный университет, Днепропетровск, 2000 г.

Защищается 42 научные работа и 3 авторских свидетельства по результатам исследования фотохромного эффекта, индуцированной примесной фотопроводимости, фото- и термоэлектретных состояний, термической активации и гашения фотопроводимости, температурных зависимостей примесного оптического поглощения в кристаллах Bi12SiO20, нелегированных, содержащих дефекты нестехиометрии и легированных Al, Ga, Sn, Cr, Mn, Fe, Cu, V, Ag, Mo.

Работа посвящена изучению ряда явлений, индуцированных световым и термическим воздействием на оптические абсорбционные, фотоэлектрические и электрофизические свойства силико- и германосилленитов, легированных Al, Ga, Sn, Fe, Cu, Cr, Mn, V, Mo, Ag, а также содержащих дефекты стехиометрии. Установлены основные закономерности фото- и термохромного эффектов, индуцированной фотопроводимости, термической активации и гашения фотопроводимости, формирования фото- и термоэлектретных состояний. Определены параметры электрически и оптически активных дефектов, ответственных за эти явления.

Использованы экспериментальные методы: выращивания кристаллов по Чохральскому, их объемного и поверхностного легирования, оптической, фотоэлектрической, термоактивационной, колебательной спектроскопии, магнитного циркулярного дихроизма и оптического детектирования парамагнитного резонанса.

Изучено урбаховское температурно-спектральное поведение края поглощения и определен характер влияния дефектов нестехиометрии и примеси в сторону уменьшения (Al, Ga) или увеличения (Bi, Cr, Cu, Fe) параметра электрон-фононного взаимодействия. Наблюдалось фотолюминесценция со значительным стоксовским сдвигом (1.42 эВ), интенсивность которой усиливается при введении Al и Ga. Выявлена 2-х центровая рекомбнация в нелегированном BSO, BGO и многоцентровая - в легированном Cr, Mn, V, Cu; найдены параметры центров рекомбинации и уровней прилипания. Показано, что индуцированная примесная фотопроводимость контролируется температурно зависимым распределением потоков рекомбинации между быстрыми и медленными центрами рекомбинации. Получены спектрально-кинетические характеристики фотохромного эффекта.

Спектры оптического поглощения и фотолюминесценции силленитов, легированных переходными металлами, интерпретируются в рамках теории кристаллического поля, определены основные ее параметры. Установлено, что часть ионов имеет преимущественно зарядовое состояние Cr3+, Mn4+, V2+, Cu3+, Mo3+ и октаэдрическую координацию, тогда как Fe3+, Ag входят в тетраэдры. Установлены схемы перезарядки центров, ответственные за фотохромный эффект: Bi5+ Bi4+, Cr3 Cr2+, Mn4 Mn3+, V2V3+, Cu3+ Cu2+, Fe3+ Fe2+, Mo3+ Mo2+, Ag0 Ag+

Исследованием магнитного циркулярного дихроизма и оптическим детектированием парамагнитного резонанса в кристаллах BSO:Al выявлено образование 2-х фотохромных парамагнитных центров [AlO4]0, которые представляют собой находящиеся в узлах с локальной симметрией Тd ионы AlSi3+, захватившие дырку h, делокализованную на ионах кислорода в вершинах кислородного тетраэдра. Центры имеют инверсную заселенность и g-факторы 2.07 и 2.02.

Идентифицированы объемно-зарядовый и квазидипольный механизмы поляризации, ответственные за фото- и термоэлектретные состояния, определены параметры электрически активных дефектов (энергия термической активации, частотный фактор) в нелегированных и легированных ионами Al, Ga, Cr, Mn кристаллах BSO. Выявлены процессы дефектообразования и предложена модель ассоциации-диссоциации квазидиполей в виде донорно-акцепторных пар.

Показано, что Al, Ga, Cr обусловливают релаксационные диэлектрические аномалии силленитов и появление релаксаторов с широким набором активацион- ных барьеров и собственных частот. С ионами Mn связаны аномалии квазирезонансного поведения. В кристаллах BSO c Cr и Mn получены близкие к линейным диаграммы Коула-Коула, описанные в рамках модели, рассматривающей элементарный акт поляризации как прыжок носителя (квазидиполя), сопровождающийся экранированием. Найдены параметры экранирования.

В широком спектральном (0.53.4 эВ) и температурном диапазонах (85750 К) изучены температурные зависимости примесного оптического поглощения и термохромный эффект в силленитах. Предложены модели перезарядки примесных центров. Построены конфигурационные диаграммы, опирающиеся на оценки сильного электрон-фононного взаимодействия при электронных переходах. Получены аналитические выражения, моделирующие температурные зависимости поглощения в кристаллах BSO, BGO, легированных Al, Ga, Cr, Mn, Cu, Fe.

Предложен способ определения параметров ГЦ с приложением методов термоактивационной спектроскопии к анализу спектров фотоиндуцированного поглощения (фракционный отжиг) и температурных зависимостей примесного оптического поглощения (расчет параметров ГЦ). Способ обладает тем преимуществом, что позволяет “привязать” энергии оптической (ОЕа) и термической (ТЕа) активации к одним и тем же ГЦ и апробирован на кристаллах BSO и BSO с Al, Ga, Cr, Mn, Fe, Cu. Найдено соотношение энергий ОЕа и ТЕа (в пределах 26), дана оценка электрон-фононного взаимодействия - фактора Хуанга-Риса SHR = 712.

Показано, что силлениты являются широкозонными полупроводниками с сильным электрон-фононным взаимодействием при электронных переходах. Предложена феноменологическая модель, опирающаяся на диаграмму конфигурационных координат, наличие фотоактивных и нефотоактивных оптических переходов, и описывающая взаимосвязь фото- и термоиндуцированной перезарядки примесных центров в силленитах.

Даны некоторые рекомендации по практическому использованию полученных результатов в функциональной электронике, в частности для разработки и оптимизации параметров пространственно-временных модуляторов света, работающих в реальном времени, планарных оптических волноводов, голографической интерферометрии, электретных датчиков.

Ключевые слова: кристаллы Bi12SiO20, Bi12GeO20, дефекты стехиометрии, легирующие ионы Al, Ga, Cr, Mn, Cu, Fe, Sn, Ag, Mo, оптическое поглощение, фотолюминесценция, термостимулированная поляризация и деполяризация, фотопроводимость, фотохромный эффект, температурная активация и гашение фотопроводимости, фото- и термоэлектретные состояния, магнитный циркулярный дихроизм, оптическое детектирование парамагнитного резонанса, диаграммы конфигурационных координат, глубокие центры.

PANCHENKO T.V. PHOTO- AND THERMOINDUCED PHENOMENA IN DOPPED SILLENITES. - Manuscript.

Thesis for competition of a Doctor's degree in the field of physico-mathematical sciences

on speciality 01. 04. 07. - Solid State Physics. Dniepropetrovsk State University, Dniepropetrovsk, 2000.

The work is devoted to investigation of some photo- and thermoinduced phenomena connected with the changes of optical absorptional, photoelectrical and electrophysical properties of bismuth silicon (Bi12SiO20) and bismuth germanium (Bi12GeO20) oxides single crystals of sillenite family with different degree of stoichiometry and doped by different impurities such as Al, Ga, Sn ions, ions of the iron transition group (Fe, Cu, Cr, Mn, V), ions of the palladium group (Mo, Ag). The main features of photo- and thermochromic effects, thermal activation, the photoconductivity quenching, photo- and thermoelectret state formation are elucidated. Parameters of electrically and optically active centers are determined.

Contribution of the space change and quasi-dipole polarizations are identified. The processes of multicenteral recombination are clarified. Obtained results are discussed in frames of conception of deep centers taking into account electron-phonon investigation and difference between thermal and optical activation energies. Simulation of the optical and thermal center recharge is performed. The configuration coordinate diagrams describing photochromic effect, impurity photoconductivity and thermostimu- lated currents are plotted. The approach to sillenites as to wide band semiconductors with strong electron-phonon interaction during electron transition is developed. The recommendations for practical use of obtained results in functional electronic are given.