L. G. Rakitina, N. P. Baran, V. G. Grachev, N. I. Deryugina, “Radiation defect annealing kinetics in paratellurite”, Fizika Tverdogo Tela, 32:1 (1990), 316–318

(1)

Math-Net.Ru

All Russian mathematical portal

L. G. Rakitina, N. P. Baran,

V. G. Grachev, N. I. Deryugina, Radiation defect annealing kinetics in paratellurite, Fizika Tverdogo Tela, 1990, Volume 32, Issue 1, 316–318

Use of the all-Russian mathematical portal Math-Net.Ru implies that you have read and agreed to these terms of use

http://www.mathnet.ru/eng/agreement Download details:

IP: 178.128.90.69

November 6, 2022, 22:30:17

(2)

УДК 537.226 Q Физика твердого тела, том 32, ц. j , юоо Solid State Physics, vol. 32, N l, 1990

К И Н Е Т И К А О Т Ж И Г А Р А Д И А Ц И О Н Н Ы Х Д Е Ф Е К Т О В В П А Р А Т Е Л Л У Р И Т Е

Л. Г. Ракитина, Я . Я . Баран, Я . Г . Грачев, Я . Я . Дерюгина

М о н о к р и с т а л л ы п а р а т е л л у р и т а ( а - ф а з а Т е 0², г р у п п а симметрии D$

считаются одними и з л у ч ш и х м а т е р и а л о в д л я а к у с т о о п т и ч е с к и х уст

ройств t¹] . Р а б о ч и е х а р а к т е р и с т и к и п о с л е д н и х с у щ е с т в е н н о зависят от собственных ( в а к а н с и и и м е ж д о у з е л ь н ы е атомы), п р и м е с н ы х (чужеродные атомы п и х с к о п л е н и я ) , р а д и а ц и о н н ы х и д р у г и х дефектов. Основными де

фектами, в о з н и к а ю щ и м и в п а р а т е л л у р и т е п р и о б л у ч е н и и высокоэнерге

тическими э л е к т р о н а м и и г а м м а - к в а н т а м и п р и Т ^ 300 К , я в л я ю т с я ва

к а н с и и к и с л о р о д а , з а х в а т и в ш и е э л е к т р о н ы . М о д е л ь одного и з них — па

р а м а г н и т н о г о VQ-центра (в статье мы его обозначим Vo), представ

л я ю щ е г о собой в а к а н с и ю , захва

т и в ш у ю э л е к т р о н , — была установ

л е н а с помощью Э П Р [²~⁴] . Д р у г и е ц е н т р ы , о б н а р у ж е н н ы е после облу-

100 №

Рнс. 1. Зависимость нормированной интенсивности линий F5-центров от тем

пературы изохронного отжига.

В р е м я о т ж и г а ( м и н ) : 1 — 2 , 2 — 10 ( р е ж и м а).

ч е н п я п р и н и з к и х т е м п е р а т у р а х (Т <^ 77 К ) , п р е д с т а в л я ю т собой комп

лексы в а к а н с и й и м е ж д о у з е л ь н ы х и л и п р и м е с н ы х и о н о в [⁵] .

Ц е л ь ю н а с т о я щ е й работы я в л я е т с я и з у ч е н и е методом Э П Р процессов н а к о п л е н и я и р а с п а д а Fo-центров п р и р а з н о о б р а з н ы х о т ж и г а х .

И з м е р е н и я в ы п о л н я л и с ь н а спектрометре «Вариан» Е - 1 2 в 3-см диапа

зоне д л и н в о л н . И с п о л ь з о в а л и с ь о б р а з ц ы , в ы р а щ е н н ы е методом Ч о х р а л ь - ского и з н о м и н а л ь н о чистой ш и х т ы , F o - ц е н т р ы с о з д а в а л и с ь облучением 7 - к в а н т а м и от и с т о ч н и к а^{6 0}С о п р и к о м н а т н о й т е м п е р а т у р е . Д о з а облуче

н и я с о с т а в л я л а (2—8) • 1 0⁷ р а д . О б р а з ц ы в ы д е р ж и в а л и с ь определенное в р е м я At п р и т е м п е р а т у р е Т^отж, затем о х л а ж д а л и с ь до к о м н а т н о й темпера

туры н а в о з д у х е , и после этого п р о в о д и л и с ь и з м е р е н и я п р и 77 К . О т ж и г и п р о в о д и л и с ь в д в у х р е ж и м а х : а) п р о г р е в и о х л а ж д е н и е о б р а з ц о в в тем

ноте, б) п р о г р е в и о х л а ж д е н и е п р и п о с т о я н н о м освещении о б р а з ц а светом от л а м п ы н а к а л и в а н и я . Т а к к а к ш и р и н ы н а б л ю д а е м ы х л и н и й не и з м е н я л и с ь п р и о т ж и г а х , о т н о с и т е л ь н а я а м п л и т у д а с и г н а л о в Э П Р (/) была про

п о р ц и о н а л ь н а к о н ц е н т р а ц и и исследуемых ц е н т р о в .

Н а р и с . 1 п р е д с т а в л е н а зависимость н о р м и р о в а н н о й интенсивности с и г н а л а Э П Р от т е м п е р а т у р ы и з о х р о н н о г о о т ж и г а ( р е ж и м а ) . Экспери

м е н т а л ь н ы е д а н н ы е свидетельствуют о н а л и ч и и п р о ц е с с о в о б р а з о в а н и я и р а с п а д а F o - ц е н т р о в . В зависимости от в р е м е н и п р о г р е в а к р и с т а л л а мак

с и м а л ь н а я к о н ц е н т р а ц и я центров д о с т и г а е т с я п р и р а з н ы х т е м п е р а т у р а х . Н а р и с . 2 п р и в е д е н а зависимость н о р м и р о в а н н о й и н т е н с и в н о с т и л и ний Э П Р от в р е м е н и и з о т е р м и ч е с к о г о о т ж и г а п р и р а з л и ч н ы х т е м п е р а т у р а х и п о д с в е т к а х . О т ж и г и п р и Т^ош 320 К не о к а з ы в а ю т з а м е т н о г о в л и я н и я н а и н т е н с и в н о с т ь с и г н а л а Э П Р . П р и о т ж и г а х с освещением о б р а з цов Уб-центры р а з р у ш а ю т с я эффективнее, п р и ч е м н а б л ю д а е т с я только у м е н ь ш е н и е и х к о н ц е н т р а ц и и ( к р и в ы е 5,6).

Н а м и была о б н а р у ж е н а с л е д у ю щ а я з а к о н о м е р н о с т ь : п р и о д и н а к о в ы х у с л о в и я х о б л у ч е н и я ( т е м п е р а т у р а и доза) и л и о т ж и г а ( т е м п е р а т у р а и в р е м я ) к о н ц е н т р а ц и я в о з н и к а ю щ и х Уо-центров к о р р е л и р у е т с содержанием

(3)

ж е л е з а в к р и с т а л л е . П о с л е о б л у ч е н и я к р и с т а л л о в , с п е ц и а л ь н о л е г и р о в а н н ы х ж е л е з о м , н а р я д у с у в е л и ч е н и е м с и г н а л о в Э П Р F e^{3 +}, р е г и с т р и р о в а л о с ь п о я в л е н и е Уб-центров в к о н ц е н т р а ц и и н а 1—2 п о р я д к а б о л ь ш е й , чем в «чистых» к р и с т а л л а х .

О б н а р у ж е н о т а к ж е , что Уб-центры м о г у т о б р а з о в ы в а т ь с я не т о л ь к о п р и о б л у ч е н и и г а м м а - к в а н т а м и и э л е к т р о н а м и , но и п р и р е н т г е н о в с к о м и л и у л ь т р а ф и о л е т о в о м (от р т у т н о й л а м п ы ) о б л у ч е н и и . И х п о я в л е н и е , но в м а л ы х к о н ц е н т р а ц и я х , отмечено и п р и обычном о т ж и г е к р и с т а л л о в , с о д е р ж а щ и х п р и м е с ь ж е л е з а , п р и т е м п е р а т у р а х 420—470 К .

П р и п о в т о р н о м о б л у ч е н и и к р и с т а л л о в после р а з р у ш е н и я о т ж и г а м и Уб-центров к а р т и н а не о т л и ч а л а с ь от н а б л ю д а в ш е й с я в о б л у ч е н н ы х и с х о д ных к р и с т а л л а х .

Э к с п е р и м е н т а л ь н ы е р е з у л ь т а т ы о б ъ я с н я ю т с я следующей м о д е л ь ю . И з н а ш и х п р е д в а р и т е л ь н ы х и с с л е д о в а н и й к р и с т а л л о в Т е 0², л е г и р о в а н н ы х ж е л е з о м , с л е д у е т , что п р и

месь ж е л е з а з а м е щ а е т Т е^{4 +}, о б р а з у я п р и этом F e^{2 +} (кон

ц е н т р а ц и и Щ⁺) и F e^{3 +}. П р и т а к о м з а м е щ е н и и к о м п е н с а т о -

Рис. 2, Зависимость нормирован

ной интенсивности линий VQ- центров от времени изотермичес

кого отжига при различных тем

пературах.

Т, К : J — 3 4 6 , 2 — 4 1 4 , 5 — 4 3 3 , 4 — 453 ( р е ж и м а ; т о ч к и — э к с п е р и м е н т , с п л о ш н ы е л и н и и — т е о р и я ) ,

5 — 3 0 8 , 6 — 3 6 0 ( р е ж и м б ) . t,MUH

ром з а р я д а м о г у т с л у ж и т ь в а к а н с и и к и с л о р о д а ( к о н ц е н т р а ц и и П р и этом iV* ^ Ni^t+. П р и о б л у ч е н и и в а к а н с и и м о г у т з а х в а т ы в а т ь один и л и д в а э л е к т р о н а , о б р а з у я п а р а м а г н и т н ы й Уб- и н е п а р а м а г н и т н ы й УсГ-центры с кон

ц е н т р а ц и я м и N_ и iV²_, т а к что iV*=iV*+iV_ + Л ^²_ , N — к о н ц е н т р а ц и я У⁰ после о б л у ч е н и я . Р а в н о е к о л и ч е с т в у э л е к т р о н о в количество д ы р о к за

х в а т ы в а е т с я и о н а м и F e^{2 +}, п р е в р а щ а я и х в F e^{3 +}. П о э т о м у 2N²^+N_=N³⁺¹ iV"³⁺ — к о н ц е н т р а ц и я о б р а з о в а в ш и х с я ц е н т р о в F e^{3 +}. П р и о т ж и г е быстрее всего р а с п а д а ю т с я , и с п у с к а я э л е к т р о н , УЬ~-центры, имеющие н а и м е н ь ш у ю э н е р г и ю а к т и в а ц и и . П р о ц е с с УсГ -> Vo+e ведет к н а к о п л е н и ю Уб-цен- т р о в . Р а с п а д У<5-центров, и м е ю щ и х б о л ь ш у ю энергию а к т и в а ц и и , п р о и с ходит п р и б о л е е в ы с о к и х т е м п е р а т у р а х по схеме Уо -> V⁰+e. И с п у щ е н ные п р и р а с п а д е УсГ и Уб э л е к т р о н ы з а х в а т ы в а ю т с я в основном F e^{8 +}- ц е н т р а м и , п р е в р а щ а ю щ и м и с я в F e^{2 +}. П е р е з а х в а т э л е к т р о н а в а к а н с и е й Уо (Vo + -> Vo + е + Vo + ^ о )^не меняет iV и N_ и может не учи

т ы в а т ь с я в т е о р и и . П р е н е б р е г а я п е р е з а х в а т о м э л е к т р о н о в У о - в а к а н с и я м и и п р и р а с п а д е Уо"-центров, м о ж н о з а п и с а т ь у п р о щ е н н ы е к и н е т и ч е с к и е у р а в н е н и я , соответствующие п р е д л о ж е н н о й схеме в з а и м о п р е в р а щ е н и й ц е н т р о в п р и о т ж и г е ,

(dN²J/(dt)=:-PN^ (1)

(dN„)/(dt) я* — aiV_ + р Л Г2_ , (2)

где а = а⁰ е х р {—Е_1кТ), |3 = р^о ехр (—Е²_/кТ), а и р — с к о р о с т и т е р м и ческого р а с п а д а , Е²~ и Е. — э н е р г и и а к т и в а ц и и . И х решение имеет вид

где

даемымп

N_jN* = ехр {-at) + —^а) [©^ХР (~^at) -^{е х}Р (~P0L

(3) (4) (5)

и jyo — к о н ц е н т р а ц и и Уь" и Уб до о т ж и г а . С р а в н и в а я (4) с н а б л ю - ш м п " з а в и с и м о с т я м и I(t)~N_, м ы о ц е н и л и э н е р г и и а к т и в а ц и и и

(4)

п р е д э к с п о н е н ц и а л ь н ы е м н о ж и т е л и : Е_^1Л±0Л э В , а⁰ — 1 0^{1 2}— - 1 0^й с*"¹;

£ ^ « 0 . 0 3 + 0 . 0 1 5 э В , Р о - Ю "¹ с ^¹.

С помощью (3), (4) м о ж н о п о л у ч и т ь в ы р а ж е н и я , о п р е д е л я ю щ и е зави

симость / от т е м п е р а т у р ы изохронного о т ж и г а . Однако они весьма гро

моздки и поэтому не с т о л ь удобны д л я обработки э к с п е р и м е н т а , к а к (3)—

(5).

Н е с м о т р я н а п р о с т о т у п р е д л а г а е м о й модели, теоретические кривые не т о л ь к о качественно, но и достаточно х о р о ш о количественно описывают зависимости / от в р е м е н и изотермического о т ж и г а (рис. 2). П о л у ч а ю т не

противоречивое объяснение не т о л ь к о в з а и м о с в я з а н н о е возникновение У5-центров и F e^{3 +} п р и облучении, но и в о з в р а т к р и с т а л л а в исходное состояние после о т ж и г а п р и 7 ^ 4 5 0 К . Отсутствие у ч а с т к а н а к о п л е н и я У5-центров в опытах с подсветкой в е р о я т н о с в я з а н о с тем, что п р и этом скорость и х распада н а с т о л ь к о в е л и к а , что количество р а с п а в ш и х с я Fo-центров значительно больше о б р а з у ю щ и х с я в р е з у л ь т а т е р а с п а д а Уо"- центров.

Т а к и м образом, м о ж н о з а к л ю ч и т ь , что в процессе о б л у ч е н и я исследо

ванных н а м и к р и с т а л л о в п р и комнатной т е м п е р а т у р е о б р а з у ю т с я т р и типа центров: в а к а н с и и к и с л о р о д а , з а х в а т и в ш и е один и л и два э л е к т р о н а , и трехвалентное ж е л е з о . Н а первом этапе о т ж и г а в темноте р а с п а д вакансии с д в у м я э л е к т р о н а м и ведет к н а к о п л е н и ю Уб-центров. П р и д а л ь н е й ш е м отжиге Уб-центры п р е в р а щ а ю т с я в Уо, а ж е л е з о переходит в д в у х в а л е н т ное состояние.

С п и с о к л и т е р а т у р ы

[1] Балакший В. И., Парыгин В. Н., Чирков Л . Е . Физические основы акустооптики.

М.: Радио и связь. 1985. 280 с.

[2] Баран Н. П., Грачев В. Г., Довченко Л. Г. и др. / / ФТТ. 1985. Т. 27. № 2. С. 564-^

566.

[3] Watterich A., Bartram R. Н., Gilliam О. R. et al. / / P h y s . R e v . В. 1985. V. 32.

N 4. P. 2 5 3 3 - 2 5 3 7 .

[4] Watterich A., Bartram R. H^M Gilliam 0 . R. et al. / / J . Phys. Chem. Sol. 1986.

V. 47. N 10. P. 9 8 7 - 9 9 1 .

[5] Watterich A., Bartram R. H., Gilliam O. R. et al. / / P h y s . Lett. 1986. V. A 117.

N 5. P. 2 4 7 - 2 5 0 .

Институт полупроводников АН УССР Поступило в Редакцию Киев 10 мая 198S г.

В окончательной редакции, 11 августа 1989 г.

О ФАЗОВОМ П Е Р Е Х О Д Е С М Е Щ Е Н И Я В К Р И С Т А Л Л А Х С Т Р У К Т У Р Ы K⁹N i F⁴.

С Р А В Н Е Н И Е L a²C u 0⁴ и L a²N i 0⁴ М. S . Красинъкова, Б . Я. Мойжес

1. В полной э н е р г и и ионного к р и с т а л л а основным членом я в л я е т с я электростатическая э н е р г и я М а д е л у н г а / 7 м [¹] . Д е й с т в и т е л ь н о , п р и равнове

сии электростатические силы, с ж и м а ю щ и е к р и с т а л л , у р а в н о в е ш и в а ю т с я силами о т т а л к и в а н и я , в о з н и к а ю щ и м и п р и п е р е к р ы т и и в о л н о в ы х функций электронов с одинаковым спином вследствие п р и н ц и п а П а у л и , если эти функции н е о р т о г о н а л ь н ы . Н о волновые ф у н к ц и и н а б о л ь ш и х р а с с т о я н и я х спадают по э к с п о н е н ц и а л ь н о м у з а к о н у , поэтому и э н е р г и я о т т а л к и в а н и я

Я^{о т т} э к с п о н е н ц и а л ь н о зависит от р а с с т о я н и я м е ж д у и о н а м и , т. е. Я^{о т т}=