Способ определения присутствия ассоциатов точечных дефектов в кристаллах Z @ О Советский патент 1992 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к способам определения ассоциатов точечных дефектов в кристаллах, в частности ассоциатов вида (FexZnLi1Zn в кристаллах оксида цинка, и может быть использовано при гидротермальном выращивании монокристаллов, предназначенных для разнообразных целей опто- и акустоэлектроники.

Выращенные гидротермальным способом монокристаллы в силу специфики метода легированы литием и железом, имеют низкое значение удельного сопротивления р 103 Ом-см и с целью использования их в качестве активных элементов акустоэлектроники подвергаются последующему отжигу в ZiaCOa, что существенно увеличивает сопротивление кристаллов до значений 10 Ом-см 1.

Режим отжига зависит от технологии выращивания кристаллов, при этом не всегда удается получить образцы с достаточно

высоким значением удельного сопротивления, что снижает возможность применения кристаллов. Как показали многочисленные исследования и расчеты основным отрицательным моментом при термообработке является образование ассоциатов примеси железа и лития типа (Fezn Lizrr). в результате чего энергетический уровень примеси Feznx существенно приближается к зоне проводимости и образуется относительно мелкий донор, повышающий электропроводность кристаллов оксида цинка. Ясно, что для обработки технологии изготовления акустических монокристаллов ZnO необходим какой-либо метод, позволяющий контролировать присутствие рассмотренных ассоциатов.

Однако в литературе отсутствует описание какого-либо способа определения присутствия ассоциатов (Feznx Llzn) в кристаллах оксида цинка. Хотя и сообщаVI Ю СО Ч

со VI

л ос Vzn:

ъ о регистрации ассоциатов типа (Zii+ г), (Znzn Vzn ) по наличию полосы с А макс 369,2 - 370 нм в спектрах люминес ценции оксида цинка. Эту методику можно считать ближайшим техническим решением к предлагаемому способу.

Однако, это другие ассоциаты, а сама методика отличается применением межзонного возбуждения от лазера ЛГИ-21 ( Авоэб. 337 нм), при котором не проявляются ассоциаты вида (Feznx Zlzn).

Целью изобретения является разработка метода, пригодного для определения ассоциатов (Feznx Llzn ) в ZnO.

В кристаллах оксида цинка, одновременно легированных железом и литием, часто присутствует характерная структурная красная люминесценция с максимумом полосы в спектре в области 720 нм. Дальнейшие исследования по термообработке кристаллов в различных условиях и энергетического положения уровней примеси лития и железа в оксиде цинка позволили сделать заключение, что обнаруженная красная люминесценция связана с переходом электронов с донорных уровней ассоциатов (Feznx Lizn ) на литиевые парамагнитные состояния Llznx и является индикатором присутствия исследуемых ассоциатов. Поэтому оптимизация условий наблюдения рассмотренного красного излучения позволила создать методику определения присутствия ассоциатов (Feznx Lizn1) в оксиде цинка.

Поставленная цель достигается тем, что при температуре жидкого азота исследуется красная люминесценция кристаллов.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

По стандартной методике снимают спектр фотолюминесценции кристаллов ZnO в области длин волн 650-800 нм. Оптимальные условия съемки соответствуют температуре жидкого азота, что отвечает максимуму в зависимости красной люминесценции от температуры. Возбуждение образца проводится линией ртутной лампы (например, ДРТ-220) с длиной волны 405 нм, так как максимум в спектре возбуждения красного излучения приходится на диапазон 400-410 нм, и другие линии излучения лампы менее эффективны. В используемой установке излучение ртутной лампы ДРТ-220 монохроматизируется с помощью входного монохроматора МДР-3, спектр люминесценции исследовался на выходном моно- хроматоре МДР-3 с фотоэлектронным умножителем. Представленный диапазон исследования спектра фотолюминесценции

соответствует протяженности полосы красной люминесценции рассматриваемых ассоциатов.

Предлагаемый способ определения наличия ассоциатов (Feznx Lizn1) в кристаллах оксида цинка, основанный на анализе интенсивности красной люминесценции при идентичных условиях исследования кристаллов, может быть использован при оптимизации технологии изготовления акустических и лазерных образцов (рассмотренные ассоциаты, поглощая лазерное излучение в кристаллах ZnO, снижают эффективность генерации), а также для проведения научных исследований ассоциатов точечных дефектов.

На чертеже изображены спектры красной фотолюминесценции гидротермального монокристалла оксида цинка.

Пример. Исходный монокристалл оксида цинка, выращенный гидротермальным методом, возбуждают при температуре жидкого азота излучением лампы ДРТ-220 на длине волны 405 нм. В красной области

спектра обнаружена специфичная люминесценция, вызванная присутствием в кристаллах ассоциатов вида (Feznx Llzn1), кривая 1.

Пример 2. Исходный монокристалл

оксида цинка, выращенный гидротермальным методом, возбуждают при температуре жидкого азота излучением лампы ДРТ-220 на длине волны 365 нм. Люминесценции, связанной с присутствием в кристалле ассоциатов (Feznx Ltzn ) не обнаружено, так как длина волны возбуждающего излучения не подходит для возбуждения красного излучения.

Пример 3; Монокристалл оксида

цинка, полученный гидротермальным способом, термообработан в 1 12СОз при Т 700°С в течение 7 сут. В результате анализа красной люминесценции образца при температуре жидкого азота и возбуждении линией 405 нм от лампы ДРТ-20 выяснено, что такая термообработка способствует образованию ассоциатов (Feznx Llzn ), кривая 2.

П р и м е р 4. Монокристалл оксида

цинка, термообработанный по примеру 3, дополнительно отожжен на воздухе при Т 800°С в течение 10 ч (условия согласно известным данным благоприятные для образования ассоциатов). В результате

возбуждения образца излучением линии 405 нм от лампы ДРТ-220 при температуре жидкого азота обнаружена максимальная по интенсивности красная люминесценция ассоциатов (Feznx Llzn1), кривая 3.

Предлагаемый способ определения присутствия ассоциатов (Feznx Llzn ) в кристаллах оксида цинка может найти применение при изготовлении акустоэлектронных преобразователей различного назначения, ультрафиолетовых твердотельных лазеров и для отработки технологии выращивания монокристаллов с заданными свойствами.

Основным достоинством предлагаемого метода является его уникальность, отно- сительная простота и высокая эффективность.

Эффект изобретения заключается в разработке способа определения присутствия ассоциатов точечных дефектов в кристаллах оксида цинка, а следовательно, в улучшении

0

технических характеристик и в расширении применения ZnO.

Формула изобретения Способ определения присутствия ассоциатов точечных дефектов в кристаллах ZnO, включающий люминесцентные исследования оразцов, отличающийся тем, что, с целью выявления наличия в кристаллах оксида цинка ассоциатов (Feznx Llzn1). образцы подвергают возбуждению излучением с длиной волны 405 нм при температуре жидкого азота с последующей записью спектра люминесценции в области длин волн 650-800 нм и по проявлению в спектрах излучения красной полосы с А макс 720 нм судят о наличии рассмотренных ассоциатов.

Изобретение относится к аналитической химии. Цель - выявление наличия в кристаллах оксида цинка ассоциатов (FeznxLI1zn). Образцы облучают светом с длиной волны 405 нм при температуре жидкого азота. Регистрируют спектр люминесценции при 650-800 нм. По наличию полосы с А макс 720 нм судят о присутствии ассоциатов. 1 ил.

700 150 800 ,нм