ПРОВОДИМОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ ДИЭЛЕКТРИКА В ВАКУУМЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПОТОКА β-ЧАСТИЦ Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 539.3

ПРОВОДИМОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ ДИЭЛЕКТРИКА В ВАКУУМЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПОТОКА 0-ЧАСТИЦ

© Г.В. Новиков, А.В. Гриднев, А.В. Чиванов, В. А. Федоров

Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Россия, e-mail: [email protected]

Ключевые слова: P-излучение; пробой диэлектрика; пробой по поверхности; импульсная люминесценция.

В стационарном потоке Р-частиц был обнаружен контактный и бесконтактный пробой по поверхности кристалла сопровождающий сильным всплеском излучения. Исследована морфология поверхности образцов до и после облучения.

В настоящее время уделяется значительное внимание исследованию процессов релаксации и размножения электронных возбуждений с использованием различных видов ионизирующего излучения. Воздействие пучка Р-частиц на щелочногалоидные кристаллы приводит не только к сильной ионизации поверхности и создает дефекты кристаллической структуры, но и изменяет электронную структуру. Изучению влияния электронного излучения на структуру поверхности оптически прозрачных щелочногалоидных кристаллов и исследованию сопутствующих явлений при облучении этих кристаллов посвящена данная работа.

Свежесколотые и уже облученные кристаллы фтористого лития помещали в основание колонны электронного микроскопа, откачиваемое паромасляными насосами до давления 10-4 торр. Размеры кристаллов варьировали с целью получения зависимости выхода люминесценции от величины площади облучаемой поверхности.

Кристалл облучали потоком Р-частиц с флюенсом ~ 1,2^ 1015 м-2. Время облучения 1 цикла эксперимента составлял 17 секунд. Свечение кристаллов фиксировали селеновым фотоэлементом Ф-54с. Измерения проводились автоматизировано с использованием двухканальной АЦП с выводом на 1ВМ компьютер. Наряду с измерением выхода люминесценции фиксировали величину потенциала на кристалле.

При попадании Р-частиц на кристалл (рис. 1) последний, наряду с постоянным свечением, возникающим в результате ионизации поверхности, начинал испускать мощные не периодические световые импульсы, сопровождающиеся резким увеличением напряжения на кристалле. На поверхности кристалла визуально можно наблюдать яркие вспышки (см. рис. 2 и рис. 3 фаза 3). Так же в случае облучения состаренной поверхности кристалла на его поверхности видны пробои по дефектам поверхности.

В процессе облучения свежесколотого кристалла спектр вспышек смещался от коротковолнового, соответствующий началу облучения, к длинноволновому спектру. Повторно облученный кристалл в ходе эксперимента излучал в диапазоне длинноволнового спектра. После облучения кристалла в течение 30 минут он

приобретал интенсивную окраску, связанную с образованием в приповерхностном слое центров окраски. В ходе эксперимента обнаружено, что площадь облучаемой поверхности играет значительную роль, так при облучении кристалла ЫБ с площадью поверхности Б = = 6 см2 (рис. 3) светимость кристалла достигает 4-5 люксов, величина потенциала на кристалле и = 120 ^ 150 мВ, а при Б = 0,84 см2 (рис. 2) светимость ~ 23 люкса, величина потенциала на кристалле и = 3040 мВ. Замечено что при облучении кристалла в течение длительного времени порядка 1 часа, частота вспышек уменьшается приблизительно в 2 раза, но одновременно растет их яркость.

Таким образом, в результате облучения кристалла потоком частиц в приповерхностном слое должно появляться достаточное количество свободных носителей тока, т. к. наряду со вспышкой наблюдается всплеск тока на кристалле. Механизм достижения высокой концентрации электронов в приповерхностном слое нельзя объяснить накоплением электронно-дырочных пар возникающих в результате облучения, т. к. частота их рекомбинации высока ~ 1012 с-1. Но можно предположить, что при комнатной температуре более медленную релаксацию испытывают Е-, Н-, V- и /-центры окраски, на генерацию которых в основном и расходу-

Рис. 1. Схема эксперимента. 1) Кристалл ЫБ; 2) Изолятор с встроенным электродом; 3) Фотоэлемент; 4) Экран, предотвращающий попадание Р-частиц на кристалл

Рис. 2. Осциллограмма зависимостей потенциала кристалла и выхода люминесценции с течением времени. Площадь облучения Боб = 0,84 см2. Где 1 - фаза эксперимента, когда экран 4 закрыт; 2 - фаза, когда кристалл светится под действием ионизирующего излучения; 3 - фаза вспышки

Рис. 3. Осциллограмма зависимостей потенциала кристалла и выхода люминесценции с течением времени. Площадь облучения Боб = 6 см2. Где 1 - фаза эксперимента, когда экран 4 закрыт; 2 - фаза, когда кристалл светится под действием ионизирующего излучения; 3 - фаза вспышки

ется энергия рекомбинации электронно-дырочных пар и экситонов [1]. В этом случае накопление центров окраски их последующая рекомбинация с образованием электронов и приводит к росту электронных концентраций.

Установлено что в зоне воздействия потока Р-частиц возникают локальные разрушения кристалла ЫБ в виде поверхностных кратеров и многочисленных разрядных каналов вследствие возникновения в приповерхностном слое диэлектрика высокого градиента температуры, который вызывает термомеханические напряжения.

Установлено, что как и при безэлектродном, так и при электродном пробое твердого диэлектрика в вакууме происходит необратимое разрушение на поверхности этого диэлектрика [2].

ЛИТЕРАТУРА

1. Лущик Ч.Б., ЛущикА.Ч. Распад электронных возбуждений с образованием дефектов в твердых телах. М.: Наука, 1989.

2. Иванов В.А., КоныжевМ.Е. Безэлектродный электрический пробой диэлектрических кристаллов LiF в поле микроволнового излучения. XXIX Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС. Звенигород, 2002.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 09-01-97514 центр а.

Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.

Novikov G.V., Gridnev A.V., Chivanov A.V., Fedorov V.A. Conductivity of the dielectric surface in vacuum under the action of the P-particles

In a steady stream of P-particles, contact and contactless breakdown on the surface of the crystal accompanied by a strong burst of radiation was detected. The morphology of the surface of the samples before and after irradiation was researched.

Key words: P-radiation; dielectric breakdown; breakdown of the surface; impulsed luminescence.