CC BY
16
УДК 535.37
РОСТ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ПОЛОС ПОГЛОЩЕНИЯ В М^2 ПРИ ЭЛЕКТРОННОМ ОБЛУЧЕНИИ
А. П. Сергеев, П. Б. Сергеев
Использование метода разложения на индивидуальные полосы спектров наведенного поглощения, кристаллов МдР2 позволило построить зависимости интенсивности этих полос, а значит и концентрации собственных дефектов, от флюенса (плотности энергии) электронного пучка. Анализируются, особенности этих зависимостей и возможные следствия, из них.
Ключевые слова: 1\%Р2, дефекты, наведенное поглощение, индивидуальные полосы, электронный пучок.
2
были разложены на 14 индивидуальных полос, которые были привязаны к собственным дефектам кристалла. На рис. 1 показан типичный спектр наведенной ЭП оптической
2
Форма большинства индивидуальных полос (ЬАм(А)) поглощения 1\%Р2 имела гаус-совский профиль и, при использовании в качестве переменной длины волны (А), описывалась выражением:
Здесь Ам - положение максимума М-ой полосы поглощения, ДАм - её полуширина на полувысоте, Км - амплитудный коэффициент М-ой полосы в конкретном спектре. Для описания некоторых полос использовалось также выражение:
Характеристики индивидуальных полос, входящие в выражения (1). (2), представлены в таблице 1. Полосы, описываемые выражением (2), отмечены в первой колонке
Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 53; e-mail: [email protected].
LAn(А) = KN exp{—In 2[(An + AXN)/AXN]2[(An - A)/A]2}.
(1)
LAn = Kn exp{—In 2((An — A)/AAn)2}.
(2)
звездочкой. Амплитудные коэффициенты (Км) в 4-й колонке получены при разложении спектра, показанного на рис. 1. Ошибка определения Лм была < 3 нм, а ДАм _ 10% [1].
Таблица 1 Характеристики индивидуальных полос поглощения в МдР2
X Ам [нм] /[эВ] ДАм [нм] Км Центра окраски
1 117/10.7 5 4.5 а
2 140/8.9 17 0.33 I
3 170/7.3 16 0.35 Примесная
4 202/6.2 22 0.33 М+
5 217/5.7 33 1.35 М2
6 250/5.0 28 3.53
7 259/4.8 17 2.63
8 276/4.5 12 0.01
9* 300/4.2 13 0.01 н
10 320/3.9 20 0.22 МА
11* 370/3.37 13 1.85 М1
12 400/3.1 23 0.42 Мз
13 465/2.7 33 0.02 н
14 517/2.4 35 0 Примесная ?
В последней колонке дается перечень центров окраски, ответственных за соответствующие полосы поглощения [1]. Такая привязка полос поглощения и центров окраски еще не устоялась и по ряду позиций нужны дополнительные доказательства.
За период изучения радиационных характеристик образцов 1\%Р2 разного качества у нас накопилось много спектров наведенного поглощения этих кристаллов в цифровом формате [1. 2]. К настоящему моменту с использованием базисного набора полос была обработана еще одна группа спектров и построены зависимости интенсивности полос от флюенса ЭП. Эти зависимости и следствия из них и будут рассмотрены ниже.
Экспериментальные результаты и их обсуждение. Техника облучения образцов 1\%Р2 ЭП описывалась ранее в [1, 2]. Образцы при облучении размещались в металлических нитттах и прикрывались со стороны падения ЭП титановой фольгой в 14 мкм. Энергия электронов на образцах была около 280 кэВ. Плотность энергии ЭП за импульс 80 не была ~2 Дж/см2. За день ДбЛШЮСЬ ОТ 50 до 100 импульсов. Общий флюенс
ЭП на образцах (Е) является суммой флюенсов за все выстрелы к моменту очередного обследования образцов.
I П П I I Т*1 IT I II l'l I I I 1ЧТ I Г Fl I I I I Т I I I
100 150 200 250 300 350 400 450 500
X, нм
Рис. 1: Разложение спектра оптической плотности образца K-2250 (образец из Korth Kristalle, облученный ЭП с флюенсом 2250 Дж/см2) на индивидуальные полосы (LXN). K-2250-Э - экспериментальный спектр, K-2250-P - расчетный спектр с учетом вклада от всех индивидульных полос. Слабые полосы с KN < 0.1 на графике не представлены.
Спектры пропускания образцов в области 200-1000 нм в цифровом формате снимались на спектрофотометре Genesis-2 в день окончания очередного облучения, а в области 110-240 нм на спектрофотометрах ВМР-2 с задержкой после облучения в пределах месяца. Затем образцы повторно прописывались в видимой области и спектры "сшивались". Полученные спектры T(Л) путем поточечного преобразования с учетом начального пропускания образцов (T0) преобразовывались в спектры наведенной оптической плотности (OD) на основе выражения OD = 1 n (T0/Т). Такой спектр затем и
kn
K- - 2
2 K- -
есть расчетный спектр, LЛN - вклады от соответствующих индивидуальных полос. Полученные зависимости KN (F) для группы высокочистых образцов MgF2 из ГОИ 2-
F, Дж/см2
Рис. 2: Зависимости интенсивности индивидуальных полос поглощения (KN) в образцах MgF2 от флюенса ЭП (F).
масштабах на рис. 2 и 3. Слабые полосы (L276, L300, L465 и L517) здесь не показаны. У них величина KN был а ~0.01, что не позволило установить искомые зависимости.
Самые сильные полосы, в соответствии с [1], принадлежат a (L117) и F-центрам
F
наиболее чистых образцов при F ~ 1000 Дж/см2. Такого плавного роста интенсивности F
Странно ведут себя полосы с максимумами на 140 (/-центры) и 170 им. Они быстро
kn
рядка 0.5 при F ~ 500 Дж/см2, их рост затормаживается, сменяясь иногда у наиболее чистых образцов даже небольшим спадом. При этом, если полоса L140 хоть и слабо,
F
/
локализованным на примеси, или разным зарядовым состояниям доминирующей примеси кислорода. Вопрос остается открытым.
Следующая по интенсивности группа полос с максимумами на 217, 370, 320 и 400 нм принадлежит М-центрам [1]. Зависимости их интенсивности от флюенса ЭП после на-
Рис. 3: Те же зависимости Км(Е) что и на рис. 2, но в другом масштабе.
чального участка (Е < 500 Дж/см2) у всех обследованных образцов были практически линейными до предельно достигнутых Е ~ 10 кДж/см2. Согласно [3], при линейном росте Е-центров концентрация их днмеров, М-центров, должна расти квадратично! Это
2
ния интенсивностей этих четырех полос сильно зависят от режимов световой подсветки при облучении и при хранении, а также температуры образцов. При облучении в темноте в этой группе превалирует полоса на 217 нм, достигающая 1 при Е ~ 1000 Дж/см2. Не намного от неё отстает и полоса Ь370. Полоса Ь320 примерно вдвое, а Ь400 почти на порядок слабее первых двух. Но даже небольшая световая подсветка облученных образцов может радикально поменять эти соотношения [1]. Сильно разнятся эти полосы и по временам релаксации, что сказывается на зависимости получаемых результатов от времени прописывания спектров образцов после облучения.
Необычно ведет себя и полоса Ь202. В [1] она была приписана М+-центрам, т.е. паре из а- и Е-центров. Однако окончательный анализ поведения этой полосы при различных воздействиях можно будет проводить позже. В области 120-180 нм располагаются еще и слабые К- и Е-полосы поглощения Е-центров, но их присутствие при обработке
спектра пока не проявилось при использовавшейся методике разложения спектров на полосы.
Анализ полученных результатов показывает, что процесс наработки собственных дефектов в 1\%Р2 при облучении электронным пучком на начальном этапе происходит с образованием а, I и ^-центров. Но очень быстро основными нарабатываемыми дефектами становятся лишь а и ^-центры, а также их агломераты. Если приведенная в [1] привязка индивидуальных полос поглощения к собственным дефектам 1\%Р2 верна, то объяснить слабое проявление междоузельных атомов фтора (И-центров с полосой ЬЗОО) в спектрах можно или очень малым сечением поглощения этих центров, или тем. что в процессе облучения атомы фтора из кристалла уходят. Это может происходить через поверхность с дальнейшей диффузией анионных вакансии в объем. При этом кристалл может насыщаться и компонентами воздуха, в частности кислородом, что было отмечено в [1].
2
же Ставровскому Д. Б. за помощь в их прописывании.
ЛИТЕРАТУРА
[1] А. П. Сергеев. П. Б. Сергеев. Квантовая электроника 38. 251 (2008).
[2] П. Б. Сергеев и др.. Оптический журнал 72(6), 85 (2005).
[3] А. А. Предводителев. Н. А. Тяпунина. Г. М. Зиненкова. Г. В. Бутттуева. Физика кристаллов с дефектами (М.. Изд-во МГУ. 1986).
Поступила в редакцию 9 декабря 2010 г.
