Введение к работе
Актуальность темы. В связи с интенсивным развитием информационных технологий одной из важнейших задач оптики твердого тела становится совершенствование систем регистрации оптического изображения. А требования к повышению плотности записи информации и повышения скорости ее обработки выдвигают на первый план задачу создания оптической памяти, где в качестве ячейки заманчиво использовать дефект имеющий глубокий электронный уровень и возникающий под действием излучения. Ряд данных для галогенидов серебра [1,2,3] говорит о том, что активную роль в процессе взаимодействия света с кристаллом играют поверхностные дефекты, связанные с адсорбированными атомами серебра, которым соответствуют глубокие электронные уровни.
Еще в работах Мейкляра П.В. и Чибисова К.В., которые заложили основы теории фотостимулированных процессов в фоточувствительных кристаллах галогенидов серебра, указывалась особая роль серебряных малоатомных частиц в процессах образования проявляемых устойчивых серебряных кластеров. При этом указывалась важная роль поверхности кристаллов в этих процессах.
Данная работа посвящена изучению природы и закономерностей фо-гостимулированных процессов в таких широкозонных полупроводниках, как сульфиды цинка и кадмия, галогениды серебра, влиянию на эти процессы состояния поверхности її роль поверхностных дефектов в фотостимули-рованном образовании центров обладающих электронно-акцепторными свойствами.
Важную роль играет решение вопроса об устойчивости таких центров к воздействию излучения и температуры.
Практическую ценность представляет изучение возможности применения процессов образования центров с глубокими электронными уровнями для создания реверсивной системы записи оптической информации.
4 Цели работы:
-
Изучение закономерностей взаимодействия излучения разной интенсивности из ультрафиолетовой и инфракрасной областей спектра с широкозонными кристаллами и фотостимулированных процессов в AgCl, AgBr, ZnS, CdS.
-
Исследование состояния поверхности и роли адсорбированных частіш металла (Меп) в фотостимулированном образовании дефектов с глубокими электронными уровнями.
-
Выяснение природы и механизма фотостимулированного процесса формирования малоатомных частиц металла на поверхности кристалла.
-
Создание методики исследования параметров дефектов, обладающих электронно-акцепторными свойствами, на основе использования люминесцентных свойств кристаллов.
-
Разработка принципов и способов создания реверсивного способа записи оптической информации, использующего оптические свойства кристалла и глубоких электронных ловушек.
Научная новизна работы заключается в том, что :
1. Впервые экспериментально доказана универсальность явления миграция
атомов по поверхности кристаллов со смешанным типом связи при нали
чии свободных носителей заряда, создаваемых внешним излучением, энер
гия квантов которого больше ширины запрещенной зоны кристалла.
Впервые на примере галогенидов серебра и сульфидов цинка и кад-мия выявлены общие закономерности такого процесса:
а) необходимость смешанного типа связи;
б) низкие энергии активации;
в) участие адсорбированных атомов металла;
неустойчивость к воздействию температуры и длинноволнового излученш образующихся малоатомных частиц металла.
2. Впервые обнаружено участие атомов металла, находящихся на гранях і
изломах ступенек поверхности кристалла, в фотостимулированном процес
се образования неустойчивых частиц металла. Предложен механизм такогс
5 роцесса, а также способ обогащения поверхности кристалла ионами ме-
ілла за счет фотостимулированного разрушения ступенек.
, Впервые обнаружено увеличение квантового выхода люминесценции
эисталлов ZnS, CdS при адсорбции малых количеств атомов металла.
Проведено кинетическое моделирование а) процесса фотостимулирован-эй миграции , позволившее учесть параметры кристалла и атомов, участвующих в ней, при обосновании модели миграции: б) фотостимулирован-эй вспышки люминесценции, что позволило предложить новый метод из-ерения энергетической глубины мелких электронных ловушек.
Предложен метод оценки отношения эффективных сечений металличе-;их частиц, образующихся в непроводящей среде в результате облучения, пределены условия, которые позволяют оценить отношение числа атомов таких частицах.
Впервые обнаружена фотостимулированная вспышка люминесценции ія микрокристаллов AgBr(l) и использована для изучения процессов кри-"аллизации и химической сенсибилизации высокочувствительных фото-гоев.
Обнаружена зависимость интенсивности антистоксовой люминесценции
оптически сенсибилизированных микрокристаллах AgBr(I) от степени хпонирования при комнатных температурах. Предложен способ люми-;сцентного считывания оптической информации, записанной в виде расселения Agn центров, образованных в результате экспонирования.
Показана возможность осуществления позитивного люминесцентного этопроцесса на композиционных фотоматериалах, включающих неорга-іческий кристаллофосфор ZnS ( или CdS ) и галогенид серебра в качестве іеточувствительной компоненты. Установлено, что диффузия фотолити-:ского серебра в решетку кристаллофосфора приводит к появлению полос оминесценции в видимой области спектра.
Разработан реверсивный способ записи оптической информации, исполь-тощий явление поверхностной фотостимулированной миграции в широ->зонных полупроводниках со смешанным типом связи.
Практическая ценность работы состоит в том, что выявленны закономерности фотостимулированных процессов в галогенидах серебра сульфидах цинка и кадмия составляют основу количественной теории прс цесса фотостимулированной миграции атомов по поверхности широкозог ных полупроводников со смешанным типом связи.
Выявлены возможности применения метода фотостимулированно вспышки люминесценции для исследования мелких и глубоких электроь ных ловушек в реальных кристаллофосфорах, имеющих широкий спект дефектов, обладающих как рекомбинационными, так и электроннс акцепторными свойствами. Этот метод может применяться для изучени процессов роста металлических частиц в непроводящей среде, если имеютс условия для наблюдения вспышки люминесценции.
Фотосгимулированная вспышка люминесценции можег применятьс для люминесцентного считывания информации, представляющей собо распределение электронов на глубоких электронных ловушках. Для счить ваиия такой информации в оптически сенсибилизированном хлориде с( ребра может применяться и антистоксова люминесценция.
Явление увеличения квантового выхода люминесценции при адсорс ции атомов металла может быть использовано для увеличения яркостны характеристик люминофоров.
Разработан реверсивный способ записи оптической информации, и< пользующий явление фотостимулированной миграции атомов металла, ai сорбированных на поверхности широкозонного полупроводника со см< шанным типом связи для создания неустойчивых металлических частиі представляющих собой ячейки памяти. В качестве сред для реализации ті кого способа записи при комнатных температурах предложено использс вать пористые монокристаллы сульфида цинка, активированные медью содержащие микрополости, а также пленки твердых растворов ZnxCdi-x5 полученные распылением на нагретую подложку.
Основные положения выносимые на защиту:
Эффект фотостимулированной миграции адсорбированных атомов раз-1ных металлов, универсальный для широкозонных полупроводников со ;шанным типом связи.
Физическая модель фотостимулированной миграции адатомов. )ффект увеличения квантового выхода люминесценции, связанный с ре-.ібинашіей адсорбирующихся ионов металла с поверхностными катион-ми вакансиями, являющимися центрами тушения люминесценции. 5анее неизвестное явление фотостимулированной вспышки люминесцен-i на йодо-бромиде серебра при температурах выше 77 К. впервые установленная корреляция между интенсивностью антистоксо-і люминесценции и формированием металлических малоатомных кла-ров на поверхности оптически сенсибилизированного йодо-бромида се->ра.
іовьій метод - фотостимулированная вспышка люминесценции, позво-ощий определять в кристаллофосфорах изменение концентрации и сече-і примесных дефектов, которым соответствуют глубокие электронные тояния.
іринципиально новый реверсивный способ записи оптической инфор-нии использующие люминесцентное считывание, защищенный а.с. СССР изобретение.
Личный вклад автора.
Все включенные в диссертацию данные получены автором лично или і непосредственном его участии. Автором осуществлено методическое основание и проведение всех экспериментальных исследований, проведе-кинетическое моделирование исследуемых процессов, разработаны фи-іеские модели, проведена интерпретация экспериментальных результа-). Сформулированы основные выводы и научные положения.
Апробация работы.
Результаты и научные положения диссертации докладывались и о суждались на международных конгрессах : Кельн, ФРГ (1986), Пекин, Кит; (1990), Rochester, USA (1994), Antwerp, Belgium (1998); на международш симпозиумах: Тбилиси, СССР (1984), Дрезден, ГДР (1989), Moscow, Russ (1997) и на международных конференциях: Москва, Россия (1994), Кемеров Россия (1995), С.-Петербург, Россия (1996), Воронеж, Россия (1996), Кемер во, Россия (1998), Санкт-Петербург, Россия (1998), а также на всесоюзных всероссийских конференциях и совещаниях.
Публикации.
Всего по теме диссертации опубликовано 98 работ. Основные из н, приведены в конце автореферата.
Структура и объем диссертации.
Похожие диссертации на Фотостимулированные процессы на поверхностных дефектах широкозонных полупроводников
