Способ генерации дырочных центров окраски в диэлектрике Советский патент 1980 года по МПК G01N23/02 

1

Изобретение относится к области экспериментальной и технической физики и может найти применение при выполнении исследовании в радиационной химии, в физике твердого тела, а также в радиационной технологии материалов.

Особенную важность представляет возможность генерации устойчивых чисто дырочных центров для физики твердого тела, как позволяюш.ая исследовать исключительно дырочную проводимость и дырочные свойства диэлектриков. В практике открываются возможности создания диэлектриков с высоким электрическим сопротивлением и и упрочнение диэлектриков благодаря генерации неравновесной устойчивой концентрации дырочных центров окраски.

Известен электрохимический способ генерации дырок в диэлектриках, использующий пропускание тока с пластины катода на острие анода через нагретый диэлектрик, в результате чего из диэлектрика вытягиваются электроны, что приводит к образованию дырок в основной зоне энергий и устойчивых дырочных центров окраски Ij.

При известных спосооах радиационного окрашивания, исключая позитронныи, в результате ионизирующих столкновений заряженных частиц с атомами рещетки происходит генерация равновесной концентрации свободных электронов и дырок, что приводит к образованию как дырочных, так и электронных центров, подтвержденных разрушению с течением времени или при отжиге диэлектрика.

Известен Ьесконтактный способ генерации дырок в диэлектриках люоого типа и состава, данный способ заключается в следующем: сначала диэлектрик облучается потоком позитронов, что приводит к созданию избыточной концентрации дырок, а затем облученный диэлектрик подвергается отжигу, что позволяет выделить чисто дырочные устойчивые центры окраски 2J.

Недостатками известного способа являются большая длительность процессов (несколько суток) и то, что дырочные центры 1енерируют только в области диэлектрика, ограниченной длиной пробега позитронов.

С целью повышения экспрессности способа при одновременном увеличении полезного объема диэлектрика, последний предварительно радиационно окрашивают до концентрации Ь-центров не менее 10 см-.

приводит к образованию равновесной концентрации электронных и дырочных центров. При последующем облучении предварительно окращенных ионных кристаллов потоком позитронов в них кроме процесса создания дефектов имеет место fifjouecc радиационного отжига электронных центров окраски. При этом процесс радиационного отжига окрашенных образцов при облучении нозитронамн происходит как в облучаемой, так и в необлучаемой позитронами части образца. До недавнего времени, фиксируя по оптическим спектрам поглощения разрушение электронных центров, окраски при позитронном отжиге, не следили за поведением дырочной полосы оптического поглошения. Оказалось, что при позитронном отжиге предварительно радиационно-окрашенных кристаллов дырочная полоса претерпевает весьма незначительные изменения, хотя нри этом происходит значительное подавление F- и М-полос оптического поглощения. Это наблюдается как для образцов, толщина которых сравнима с пробегом позитронов, так и для образцов, толщина которых значительно больще длины свободного пробега позитронов. Все это приводит к созданию неравновесной концентрации дырочных центров окраски. Последующий отжиг радиационно-отожженного диэлектрика от определенной температуры, известной для большинства диэлектриков, приводит к рекомбинации электронов и дырок, находящимся в равновесной концентрации, к отжигу электронных и дырочных центров окраски. В результате этого в диэлектрике остаются устойчивые чисто дырочные центры, которые могут существовать в течение длительного времени. Для правильного понимания радиационного отжига при позитронном облучении необходимо подчеркнуть, что разрушение электронных центров окраски, например F-центров, нельзя связывать с аннигиляцией позитронов в F-центрах, так как изучение механизма аннигиляции позитронов в радиационно-окрашенных ионных кристаллах КС1, КВг, NaCl показало малую вероятность аннигиляции позитронов в Е-центрах ПО сравнению с другими радиацМоннЫ ми дефектами. Даже если все позитроны проаннигулируют на Р-электронах, то дозы позитронного облучения, при которой наблюдается отжиг F-центров ( позитрон/см-), явно недостаточно для разрушения F-центров ( см). Можно предположить, что образованные при облучении позитронами и -у-кваптами радиационные дефекты участвуют в трех основных процессах: в процесс радиационно-стимулированного отжига «тяжелых радиационных дефектов (вакансии, межузельные ионы и другие); в процесс движения «легких радиационных дефектов - электронов и дырок в поле избыточного положительного заряда, созданного при аннигиляции позитронов; в процесс коагуляции и накопления «тяжелых радиационных дефектов. Предварительным облучением необходимо создать концентрацию F-центров не менее 10 см-, так как при меньших концентрациях дефектов при позитронном облучении будет превалировать не процесс радиационного отжига, а процесс генерации и накопления дефектов. Формула изобретения Способ генерации дырочных центров окраски в диэлектрике по авт. св. №432797, отличающийся тем, что, с целью повышения экспрессности способа при одновременном увеличении полезного объема диэлектрика, диэлектрик предварительно радиационно окрашивают до концентрации F-центров не менее 10 см-. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Воробьев А. А. Центры окраски в щелочно-галоидных кристаллах. Томск, Изд. ТГЧ, 1968, с. 12. 2.Авторское свидетельство СССР № 432797, кл. G ОШ 23/02, 18.12.72.