Фізичні основи модифікації властивостей кристалів AIIBVI формуванням природно упорядкованої дефектної структури

2. Мигаль В.П., Ульянов В.А., Чугай О.Н. Тепловое расширение поликристаллов селенида цинка // Оптико-механическая промыш-ленность. - 1988. - № 3. - С. 24-26.

3. Мигаль В.П., Чугай О.Н. Диэлектрическая релаксация и тепловое расширение кристаллов ZnSe, легированных магнием // Неорганические Материалы. - 1991. - № 6. - С. 1315-1317.

4. Комарь В.К., Мигаль В.П., Чугай О.Н. Аномалии теплопроводности кристаллов селенида цинка, содержащих двумерные дефекты структуры // Письма в Журнал Технической Физики. - 1993. - Т. 19, № 1. - С. 47-51.

5. Измерители проходящей мощности и модуляторы лазерного излучения из монокристаллов селенида цинка / Ю.А. Загоруйко, В.К. Комарь, В.П. Мигаль, О.Н. Чугай / Известия РАН. - 1993. - Т. 57, № 12. - С. 180-182.

6. Собственные колебания пъезоэлементов из объемных кристаллов селенида цинка / Комарь В.К., Корниенко В.А., Мигаль В.П., Файнер М.Ш., Чугай О.Н. / Письма в Журнал Технической Физики. - 1994. - Т. 20, № 10. - С. 71-75.

7. Фотопроводимость кристаллов селенида цинка в постоянном и переменном электрических полях / Ю.А. Загоруйко, В.К. Комарь, В.П. Мигаль, О.Н. Чугай / Функциональные материалы. - 1994. - Т. 1, № 2. - С. 135-138.

8. Релаксационная поляризация в кристаллах селенида цинка при фотовозбуждении / Ю.А. Загоруйко, В.К. Комарь, В.П. Мигаль. О.Н. Чугай / Физика и Техника Полупроводников. - 1995. - Т. 29, № 6. - С. 1065-1069.

9. Обратимые и необратимые изменения диэлектрических свойств кристаллов ZnSe, вызванные излучением СО₂-лазера / Ю.А. Загоруйко, В.К. Комарь, В.П. Мигаль, О.Н. Чугай / Физика и Техника Полупроводников. - 1996. - Т. 30, № 6. - С. 1046-1049.

10. Hereditary acoustic properties of zinc selenide crystals grown from melt / А.S. Gеrasimenko, V.К. Коmаr, V.P. Мigаl, О.N. Chugai / Functional Materials. - 1997. - V. 4, № 3. - Р. 392-395.

11. Комарь В.К., Мигаль В.П., Чугай О.Н. Спектры собственных упругих колебаний кристаллов селенида цинка // Неорганические материалы. - 1998. - Т. 34, № 7. - С. 800-803.

12. Мигаль В.П., Ром М.А., Чугай О.Н. Пьезоэлектрические текстуры поликристаллов селенида цинка // Журнал Технической Физики. - 1999. - Т. 69, № 2. - С. 141-143.

13. Диэлектрические свойства кристаллов Cd_1-xZn_xTe, выращенных из расплава / В.К. Комарь, В.П. Мигаль, Д.П. Наливайко, О.Н. Чугай / Неорганические материалы. - 2001. - Т. 37, № 5. - С. 1-4.

14. New compositions for chemical polishing of Cd_1-xZn_xTe crystals / Galkina O.S., Grebenyuk N.N., Dobrotvorskaya M.V., Nalivaiko D.P., Chugai O.N. / Functional Materials. - 2002. - V. 9, № 3. - Р. 463-465.

15. Investigation of localized states in cadmium zinc telluride crystals by scanning photodielectric spectroscopy / Komar V.K., Migal V.P., Chugai O.N., Puzikov V.M., Nalivaiko D.P., Grebenyuk N.N. / Appl. Phys. Letters. - 2002. - V. 81. # 22. - P. 4195-4197.

16. Мигаль В.П., Ром М.А., Чугай О.Н. Трансформация дефектной структуры и электрофизических свойств кристаллов селенида цинка под влиянием переменного электрического поля // Журнал Технической Физики. - 2003. - Т. 73, №. 10. - С. 134-138.

17. Собственные упругие колебания кристаллов ZnSe, выращенных из расплава / Чугай О.Н., Комарь В.К., Мигаль В.П., Абашин С.Л., Еселева Е.В., Науменко О.В., Сулима С.В. / Неорганические материалы. - 2004. - Т. 40, № 4. - С. 408-413.

18. Integral diagnostics of irreversible changes in power optical elements / Klimenko I.A., Komar V.K., Mygal V.P., Sulima S.V., Phomin A.S., Chugai O.N. / Functional Materials. - 2004. - V. 11, № 4. - P. 824-827.

19. Studies of photoactive states of isovalently doped ZnSe crystals by the method of scanning photodielectric spectroscopy / Ryzhikov V., Starzinskiy N., Chugai O., Migal V., Komar V., Katrunov K., Oleinik S., Zenya I. / Functional Materials. - 2004. - V. 11, № 3. - P. 563-566.

20. Electrophysical properties of metal-semiconductor-metal structures based on isovalently doped zinc selenide crystals / Chugai O., Ryzhikov V., Starzinskiy N., Oleynik S., Katrunov K., Zenya I. / Functional Materials. - 2004. - V. 11, № 4. - P. 684-688.

21. A Method to Study Uniformity of Electrophysical Properties of High-Resistance CdZnTe Crystals / Komar V.K., Chugai O.N., Abashin S.L., Nalivaiko D.P., Puzikov V.M., Sulima S.V. / IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2005. - V. 52, №. 5. - P. 111-116.

22. Оперативное определение качества кристаллов Cd_1-xZn_xTe для детекторов ?-излучения по фотопроводимости / Герасименко А.С., Комарь В.К., Мигаль В.П., Наливайко Д.П., Олейник С.В., Сулима С.В., Чугай О.Н. / Неорганические материалы. - 2005. - Т. 41, № 3. - С. 1-4.

23. Олейник С.В., Чугай О.Н. Термодеполяризация естественно поляризованных поликристаллов селенида цинка // Письма в Журнал Технической Физики. - 2006. - Т. 32, № 16. - С. 56-61.

24. Способ определения остаточных напряжений в объекте из диэлектрического материала: А.с. 1404799 СССР, МКИ G 01 В 7/16/ Егоров Ю.А., Мигаль В.П., Рвачев А.Л., Ульянов В.А., Чугай О.Н. (СССР) - № 3987271/25-28; Заявлено 05.12.85; Опубл. 23.06.88; Бюл. № 23. - 4 с.

25. Способ определения остаточных напряжений в объекте: А.с. 1360338 (СССР) МКИ G 01 L 1/24/ Веселовский В.А., Лещенко Н.Е., Мигаль В.П., Чугай О.Н. (CCCР) - № 4187832/24; Заявлено 19.01.87.

26. Способ определения однородности кристаллических объектов: А.с. 1507027 СССР, МКИ G 01 N 21/21/ Карпова А.П., Комарь В.К., Мигаль В.П., Чугай О.Н. (СССР) - № 4187860/24; Заявлено 02.02.87.

27. Способ определения остаточных напряжений в объектах из кристаллических материалов: А.с. 1543258 СССР, МКИ G 01 L 1/24/ Комарь В.К., Мигаль В.П., Ульянов В.А., Чугай О.Н. (СССР) - Заявлено 31.08.97; Опубл.15.02.90; Бюл. № 6. - 4 с.

28. Способ определения остаточных напряжений в объектах: А.с. 1534341 СССР, МКИ G 01 L 3/24/ Комарь В.К., Мигаль В.П., Ульянов В.А., Чугай О.Н. (СССР). - № 4306095/24-10; Заявлено 14.09.87; Опубл. 7.01.90; Бюл. № 1. - 4 c.

29. Способ визуализации дефектов структуры в кристаллических объектах: А.с. 1721475 СССР, МКИ G 01 N 21/19/ Комарь В.К., Мигаль В.П., Ульянов В.А., Чугай О.Н. (СССР) - № 4618627/25; Заявлено 12.12.88; Опубл. 23.03.92; Бюл. № 11. - 4 с.

30. Способ определения распределения неоднородностей структуры кристалла: А.с. 1772711 СССР, МКИ G 01 N 27/22/ Мигаль В.П., Ульянов В.А., Чугай О.Н. (CCCР) - Заявлено 23.02.90; Опубл. 30.10.92; Бюл. № 40. - 4 с.

31. Способ визуализации неоднородностей в кристаллических объектах: А.с. 1752061 (СССР), МКИ G 01 N 21/19/ Мигаль В.П., Комарь В.К., Чугай О.Н. (СССР) - Заявлено 05.06.90; Опубл. 23.03.92; Бюл. № 11. - 4 с.

32. Спосіб визначення залишкових напружень в п'єзоелектричних кристалах: Деклараційний патент на винахід 40763А (Україна), МКІ G 01 N21/23; Мигаль В.П. Чугай О.М., Клименко І.А. (Україна) - Заявлено 27.07.99; Опубл. 15.08.2001; Бюл. № 7.- 2 с.

33. Спосіб визначення розподілу неоднорідностей структури кристала: Деклараційний патент на винахід 62758А (Україна), MKI G 01 B11/16; Мигаль В.П., Клименко І.А., Фомін О.С., Рибалка І.А., Чугай О.М. (Україна). - Заявлено 19.05.2003; Опубл. 15.12.2003; Бюл. №12. - 2 c.

34. Спосіб акустичної обробки п'єзоелектричних кристалічних матеріалів: Деклараційний патент на винахід 62757А (Україна), MKI 7 H 01 L21/00, H 01 L21/263; Мигаль В.П., Клименко І.А., Фомін О.С., Сулима С.В., Чугай О.М. (Україна). - Заявлено 19.05.2003; Опубл. 15.12.2003; Бюл. № 12 - 3 с.

35. Спосіб визначення фотоактивних центрів в кристалічних матеріалах: Деклараційний патент на винахід 66107 (Україна), МКІ 7 G 01 N13/10; Абашин С.Л., Чугай О.М., Комар В.К., Мигаль В.П., Сулима С.В. (Україна). - Заявлено 28.07.2003; Опубл. 15.04.2004; Бюл. № 4. - 3 с.

36. Спосіб вимірювання приповерхневого електростатичного потенціалу: Деклараційний патент на винахід 65426 (Україна), МКИ 7 G 01 N13/10; Олійник С.В., Чугай О.М., Комар В.К., Мигаль В.П., Пузіков В.М., Сулима С.В. (Україна). - Заявлено 1.09.2003; Опубл. 15.03.2004; Бюл. № 3. - 3 с.

37. Диэлектрические свойства кристаллов ZnSe, легированных теллуром / Атрощенко Л.В., Галкин С.Н., Олейник С.В., Рыбалка И.А., Рыжиков В.Д., Чугай О.Н. / Авіаційно-космічна техніка і технологія (Харків). - 2003. - Т. 39, № 4. - С. 140-143.

38. Акустическая обработка функциональных материалов на частотах собственных упругих колебаний / Клименко И.А., Комарь В.К., Мигаль В.П., Сулима С.В., Чугай О.Н., Фомин А.С. / Авіаційно-космічна техніка і технологія (Харків). - 2003. - Т. 39, № 4. - C. 137-139.

39. Функциональное состояние кристаллов A^IIB^VI, используемых в экстремальных условиях / В.П. Мигаль, И.А. Клименко, О.Н. Чугай, А.С. Фомин / Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии (Харьков). - 2003. - № 20. - С. 102-107.

40. Олейник С.В., Ром М.А., Чугай О.Н. Анализ сложных частотних зависимостей диэлектрических потерь // Вісті академії інженерних наук України (Харків). - 2004. - № 4(24). - С. 167-171.

41. Билинский Ю.М., Мигаль В.П., Чугай О.Н. Влияние фотовозбуждения на тепловое расширение халькогенидов цинка // Тез. Докл. IV Всесоюз. совещ. “Методы и приборы для точных дилатометрических исследований материалов”. - ВНИИМ, Ленинград. - 1988.- С. 118-119.

42. Structure and physical properties of ZnMgSe single crystals / Zagoruiko Yu.A., Fedorenko O.A., Kovalenko N.O., Chugai O.N., Rom M.A., Mateichenko P.V. / Proc. SPIE. Materials and Electronics for High-Speed and Infrared Detectors. - 1999. - V. 3794. - P. 96-104.

43. The big-size ZnSe single crystals for IR optics / Komar V.K., Gerasimenko A.S., Fainer M.Sh., Migal V.P. and Chugai O.N. / Abstr. of XI Int. Conf. on Crystal Growth. - Amsterdam (Netherlands), June 18-23. - 1995. - p. 763.

44. Radiation - induced changes in dielectric and photoelectric properties of A^IIB^VI crystals / Ryzhikov V.D., Starzinskiy N.G., Migal V.P., Chugai O.N., Komar V.K., Klimenko I.A., Katrunov K.A., Abashin S.L., Oleinik S.V., Sulima S.V., Rybalko I.A., Zenya I. / Proceedings of International conference “Functional materials” ICFM - Partenit (Crimea, Ukraine), October 6 - 11. 2003. - P. 137.

45.

АНОТАЦІЇ

Чугай О.Н. Физические основы модификации свойств кристаллов A^IIB^VI формированием естественно упорядоченной дефектной структуры. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. Институт электрофизики и радиационных технологий НАН Украины, Харьков, 2007.

Диссертация посвящена разработке физических основ модификации свойств кристаллов A^IIB^VI в результате формирования в них естественно упорядоченной дефектной структуры.

Установлены закономерности спектрального распределения и оптико-поляризационных топограмм акустических резонансов кристаллов ZnSe правильной формы, определяемые случайно распределенными дефектами структуры и упругими полями. В результате математического моделирования и экспериментального исследования акустических резонансов установлено, что формирование осесимметричного поля термопластических напряжений обусловливает качественное изменение акустических свойств кристалла. Возникновение упорядоченного напряженно-деформированного состояния поликристаллов ZnSe, выращенных химическим осаждением из газовой фазы, связано с образованием в них пьезоэлектрической текстуры. Модификация акустических свойств кристаллов не сопровождается повышением уровня потерь энергии оптического излучения и акустических колебаний, благодаря чему существенно расширяется область технических применений таких материалов.

Показано, что в результате самоорганизации при росте в кубических кристаллах A^IIB^VI возникает упорядоченная совокупность двумерных дефектов структуры, с которой тесно связаны упругие поля и возрастание свободной энергии кристаллов. Поэтому такая модификация структуры обусловливает качественное изменение широкого спектра физических свойств, включая тепловые. Об этом свидетельствуют эффекты анизотропии, необычно слабого и даже отрицательного линейного теплового расширения, а также асимметрии теплопроводности. Вследствие пьезоэффекта внутренние упругие поля тесно связаны с полями электрическими, что подтверждается влиянием на тепловое расширение кристаллов фотовозбуждения.

Упорядоченная совокупность двумерных дефектов структуры и связанные с ними физические поля вызывают качественные изменения диэлектрических свойств кристаллов в низкочастотной области, проявляющиеся в сильной зависимости диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь от температуры, частоты электрического поля и направления. Указанные поля оказывают также определяющее влияние на структуру и свойства центров, образованных собственными дефектами и легирующими атомами Mg, Cr, Te. Следствием этого является различие диэлектрических и фотоэлектрических свойств кристаллов ZnSe, сильно легированных указанными примесями, содержащих и не содержащих упорядоченную совокупность двумерных дефектов структуры. Таким образом, сильное легирование указанными примесями расширяет возможности целенаправленного изменения электрофизических свойств кристаллов формированием самоупорядоченной совокупности двумерных дефектов структуры. Показана тесная связь внутренних полей в кристаллах Cd_1-xZn_xTe c тепловыми условиями их роста. Установлено, что эти условия определяют характеристики области дисперсии диэлектрической проницаемости релаксационного типа, а также фотоэлектрические свойства твердых растворов.

Предложен оригинальный метод сканирующей фотодиэлектрической спектроскопии, обеспечивающий измерение энергетического спектра локализованных состояний и приповерхностного электростатического потенциала кристаллов. Метод основан на измерении малых приращений эффективных значений и при изменении длины волны света и представлении полученных результатов в комплексной плоскости. Этим методом установлены закономерности энергетического спектра состояний, обусловленные упорядоченной совокупностью двумерных дефектов структуры, легирующими атомами Те, влиянием одноосного сжатия и постоянного электрического поля. Обнаружены и объяснены изменения энергетического спектра и приповерхностного электростатического потенциала кристаллов разного состава, обусловленные воздействием малых доз ионизирующего излучения.

Исследованием кристаллов ZnSe и Cd_1-xZn_xTe, подвергнутых экстремальному воздействию лазерного и ионизирующего излучений, низкочастотного электрического поля, показана возможность качественного изменения свойств кристаллов в результате образования упорядоченной дефектной структуры и эволюции внутренних полей при внешних воздействиях. Установлено, что под воздействием лазерного излучения, поглощение которого носит объемный характер, образуются упорядоченные совокупности дефектов типа полос скольжения, определяющие характер температурных зависимостей диэлектрических постоянных. Сильное электрическое поле обусловливает эволюцию дефектной структуры, охватывающую как двумерные, так и точечные дефекты. Этому сопутствуют существенные изменения диэлектрических и фотоэлектрических свойств кристаллов.

Ключевые слова: самоорганизация, кристаллы A^IIB^VI, дефекты структуры, акустические резонансы, линейное тепловое расширение, теплопроводность, диэлектрический отклик, фотодиэлектрический эффект, энергетический спектр локализованных состояний, интенсивные внешние воздействия.

Чугай О.М. Фізичні основи модифікації властивостей кристалів A^IIB^VI формуванням природно упорядкованої дефектної структури. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. Інститут електрофізики і радіаційних технологій НАН України, Харків, 2007.

Дисертація присвячена розробці фізичних основ модифікації властивостей кристалів A^IIB^VI формуванням у них природно упорядкованої дефектної структури. Встановлено, що упорядкована сукупність дефектів структури, яка виникає при рості в істотно нерівноважних умовах, і пов'язані з цими дефектами внутрішні поля обумовлюють якісні зміни акустичних, теплових, діелектричних і фотоелектричних властивостей кристалів. Модифікація властивостей відбувається також у результаті виникнення упорядкованої дефектної структури й еволюції внутрішніх полів при екстремальних зовнішніх впливах.

Запропоновано оригінальний метод скануючої фотодіелектричної спектроскопії, який забезпечує визначення енергетичного спектра локалізованих станів носіїв та приповерхневого електростатичного потенціалу напівпровідників. Завдяки використанню цього методу визначені закономірності енергетичного спектра локалізованих станів, обумовлені упорядкованою сукупністю двовимірних дефектів структури, легуючими атомами Те, впливом одновісного стиснення та сталого електричного поля. Встановлені необоротні зміни енергетичного спектра локалізованих станів та приповерхневого електростатичного потенціалу, обумовлені дією малих доз іонізуючого випромінювання.

Ключові слова: самоорганізація, кристали A^IIB^VI, дефекти структури, акустичні резонанси, лінійне теплове розширення, теплопровідність, діелектричний відгук, фотодіелектричний ефект, енергетичний спектр локалізованих станів, інтенсивні зовнішні впливи.

Chugai O.N. - Physical basis of modification of A^IIB^VI crystal properties by forming the naturally ordered defect structure.- Manuscript.

The thesis for a doctor's degree of technical sciences in specialty 01.04.07 - solid state physics.- Institute of electrophysics and radiation technologies, NAS of Ukraine, Kharkiv, 2007.

The thesis is dedicated to the development of physical basis of A^IIB^VI crystals properties modification by forming naturally ordered defect structure to them. It was found that growth in essentially non-equilibrium conditions forms the ordered assemblage of structure defects causing respective internal fields. This leads to essential changes in acoustic, thermal, dielectric, and photoelectric crystals properties. The properties also become modified due to forming the ordered defect structure and to evolution of internal fields under extreme external actions.

An original method of scanning photodielectric spectroscopy was proposed, which provides measuring of the energy position and sub-surface electrostatic potential in semiconductors. By using this method, peculiarities of an energy state spectrum were determined. These peculiarities were connected with ordered arrays of two-dimensional structure defects, Te dopant atoms, influence of uniaxial compression and stationary electric field. Irreversible changes in the energy spectrum and sub-surface electrostatic potential connected with the influence of small dozes of ionizing radiation were revealed.

Keywords: self-organization, A^IIB^VI crystals, structure defects, acoustic resonances, linear thermal expansion, thermal conductivity, dielectric response, photodielectric effect, localized states energy spectrum, extreme external actions.

Размещено на Allbest.ru