Условие реализации режима изолированных пар френкелевских дефектов при изучении механизмов образования дефектов в щелочногалоидных кристаллах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Условие реализации режима изолированных пар френкелевских дефектов при изучении механизмов образования дефектов в щелочногалоидных кристаллах

М.М. Тайиров

А.Ж. Кошуев

В радиационной физике твердого тела длительное время господствовало представление о том (см., например, [1]), что первичным процессом создания пар френкелевских дефектов в щелочногалоидных кристаллах (ЩГК) является распад экситонов на F, Н-пары, а преобразование F, Н-пар в б, I-пары происходит лишь в результате взаимодействия с F-центрами горячих дырок (что создает б-центры) и взаимодействия с Н-центрами электронов проводимости (что создает I-центры). Такие процессы, конечно, могут идти при облучении кристаллов электронами или протонами, но они практически исключены в условиях, когда селективно создаются экситоны.

При малых и средних дозах облучения (~109ч1013фотон·см-2) F, Н- и б, I-пары создаются преимущественно в результате прямого распада экситонов, когда для создания френкелевской пары нужен только один экситон, а вторичные взаимодействия с чужими электронами, дырками и экситонами не требуются. При больших дозах облучения (например, даже при облучении фотонами >1015фотон·см-2), когда число F, Н- и б,I-пар сублинейно зависит от дозы облучения, становятся возможными вторичные процессы взаимодействия экситонов с продуктами их распада.

Следует обратить внимание и на следующее важное обстоятельство. Использованный нами режим облучения кристаллов 5·1010ч1013 фотон·см-2 позволяет изучать радиационные дефекты в режиме изолированных пар, когда каждая пара дефектов с расстоянием между компонентами пары в несколько постоянных решетки отделена от других пар расстояниями в сотни раз большими. Такой режим в принципе недостижим при возбуждении рентгеновскими лучами, когда даже единичный рентгеновский фотон создает фотоэлектрон, вызывающий кучное рождение элементарных возбуждений, а, следовательно, и радиационных дефектов.

Изучение радиационных дефектов в режиме изолированных пар представляется перспективным для выделения первичных пространственных эффектов в радиационных явлениях твердого тела. Единственным ограничивающим фактором здесь является фон дорадиационных дефектов, который следует всячески снижать до уровня значительно более низкого, чем возможный разлет компонентов френкелевских пар.

Рис. 1. Кривые термостимулированной люминесценции облученных кристаллов СsBr (1) и КBr (2) фотонами 7.0 эВ при 4,2 К. Доза облучения - 1012 фотон·см-2. радиационный люминесценция тело

Серьезным доводом в пользу того, что используемый режим облучения кристаллов с хорошим приближением можно считать режимом изолированных пар, являются экспериментальные данные. Для этих целей особенно удобными объектами оказались кристаллы СsBr, прошедшие специальную очистку и 40-кратную зонную плавку. Их характеристики подробно описаны в [2, 3, 4]. В отличие от кристаллов KCI, KBr, NaF и LiF в кристаллах СsBr Н-центры становятся подвижными при температурах Т?8 К, а I-центры начинают двигаться только при температуре Т?20 К [2, 3, 4] (см. рис. 1, кр. 1). Это позволяет сближать Н- и F-центры нагревом кристалла, не разрушая при этом I- и б-центры. В кристаллах KCI, KBr, NaF и LiF этот прием осуществить нельзя, так как в них Н-центры начинают двигаться лишь при температуре Т?35 К, а I-центры - уже при температуре 20 К [5] (см. рис. 1, кр. 2). Как было показано нами в [2], в СsBr Н-пикам термостимулированной люминесценции (ТСЛ) соответствуют пики ТСЛ при температуре 11 и 18 К, а I-пикам ТСЛ - при 24 К (см. рис. 1, кр. 1). Мы изучили зависимости числа Н-центров и б-центров от дозы облучения и отношения интенсивностей пиков ТСЛ при 11 К и 18 К после облучения разным числом фотонов 7,0 эВ, создающих только экситоны. В широком интервале доз число F, Н- и б, I-пар возрастает линейно с дозой. Даже при самых низких дозах, соответствующих созданию 1014 экситонов в 1 см 3, не наблюдается инкубационного периода с S-образной зависимостью чисел F, Н- и б, I-пар от времени облучения (см. рис. 2). Известно, что для непрямых механизмов создания дефектов в кристалле вначале нужно создать какие-то промежуточные дефекты, которые лишь затем могут быть преобразованы в б, I-пары. Пик ТСЛ при 11 К соответствует излучательной рекомбинации близких F, Н-пар, расстояние между которыми 1-2 постоянных решетки; пик ТСЛ при 18 К - F- и Н-центров, разделенных несколькими постоянными решетки [2]. В пике ТСЛ при 18 К вклад вторичных процессов в свечение должен быть значительно большим, чем в пике при 11 К, и зависимость интенсивности пика 18 К от дозы облучения должна иметь сублинейный характер. Как следует из данных эксперимента, изменение числа F, Н-пар в 103 раз при увеличении дозы облучения от ~ 5·1010 до 1013 фотон·см-2 практически не изменяет соотношение числа F, Н-пар с малым (пик 11 К) и большим (пик 18 К) расстояниями в парах (см. рис. 2).

Рис. 2. Зависимость числа Н-центров и б-центров от дозы облучения: 1 - по светосуммам, излучаемым в пике ТСЛ 11 К; 2 - по светосумме вспышки люминесценции экситонов 3,5 эВ, стимулируемой в Н-полосе поглощения 2,8 эВ; 3 - по интенсивности б-люминесценции 2,97 эВ, возбуждаемой фотонами 6,05 эВ. 4 - отношение интенсивностей пиков ТСЛ при 11 и 18 К.

Следует отметить, что значительный вклад вторичных процессов в создание пар френкелевских дефектов означал бы нарушение режима изолированных пар и привел бы к существенно отличному результату, от полученного нами ранее. Использованный нами режим изолированных пар (не превышающий дозы облучения 1013 фотон·см-2) дает возможность более точного экспериментального отражения первичных процессов распада электронных возбуждений в щелочногалоидных кристаллах.

Таким образом, впервые реализована возможность исследования радиационных дефектов в ЩГК в режиме изолированных друг от друга пар френкелевских дефектов при малых дозах вакуумно-ультрафиолетового (ВУФ) облучения в области экситонной полосы поглощения ЩГК, имеющей большие коэффициенты поглощения при 4,2 К (до 106 см-1).

Реализация режима изолированных пар френкелевских дефектов позволила резко ослабить многие вторичные процессы и позволила изучить различные механизмы образования, взаимопревращения и отжига пар френкелевских дефектов.

При больших дозах ВУФ-облучения в области экситонной полосы поглощения в щелочногалоидных кристаллах обнаружено взаимодействие экситонов с F, Н- и б, I-парами, ведущие к преобразованию дефектов. При оптическом создании или при создании ренгеновскими лучами разделенных электронов и дырок эти процессы еще более усложнены.

Литература

1. Адуев Б.П., Вайсбурд Д.И. Исследование переноса дырок валентной зоны в LiF при наносекундном облучении плотными пучками электронов // ФТТ. - 1978. - Т. 20. - С. 3739-3740.

2. Лущик Ч.Б., Васильченко Е.А., Лущик А.Ч., Тайиров М.М. ВУФ-спектроскопия экситонов и френкелевские дефекты в СsBr // Тр. ИФ АН ЭССР. - М., 1980. - Т.51. - С. 7-38.

3. Лущик Ч.Б., Васильченко Е.А., Лущик А.Ч., Тайиров М.М. Распад экситонов на дефекты и поляризованная люминесценция при рекомбинации дефектов в СsBr // Письма в ЖЭТФ. - 1980. - Т. 32. - Вып.9. - С. 568-571.

4. Лущик Ч.Б., Витол И.К, Васильченко Е.А., Лущик А.Ч., Тайиров М.М. Туннельная перезарядка френкелевских дефектов в СsBr // ФТТ. - 1981. - Т. 23 - Вып. 6. - С. 1636-1642.

5. Васильченко Е.А., Лущик Ч.Б., Лущик А.Ч., Тайиров М.М. Образование вакансий и интерстициалов в ЩГК при оптическом создании экситонов // ФТТ. - 1981. - Т. 23. - Вып. 2. - С. 481/487.

Размещено на Allbest.ru