CC BY
23
(ЩшШа
ТЕРМОСТИМУЛИРОВАННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ КРИСТАЛЛОВ ДИЙОДИДА РТУТИ, ВЫРАЩЕННЫХ ИЗ РАСТВОРА И ГАЗОВОЙ ФАЗЫ
В.М. Залетин*, О.В. Кривозубов", В.И. Фомин*
* Институт сенсорной микроэлектроники Сибирского отделения Российской академии наук ** Омский государственный технический университет
The present paper deals with local conditions in band gap ol monocrystal mercuric iodide (a-Hgl2) grown up out ol dimetilsulphooxid (DMSO) solution in aceton and from vapor phase by static sublimation and temperature oscillation (TOM) methods. These local conditions were discovered by thermally stimulated conductivity method (TSC). The analasys of their influence upon transfering unequilibrium charge in uncooled X-ray detector on the base of a-Hgl2 crystals is being made.
Дийодид ртути красной (тетрагональной) модификации является перспективным материалом для изготовления на его основе неохлаждаемых детекторов рентгеновского излучения. Ранее сообщалось о предельных характеристиках таких детекторов [1]. Однако они получены на отдельных образцах или небольших сериях кристаллов, и проблема получения кристаллов с воспроизводимыми свойствами до сих пор является не решенной. Структурные и примесные дефекты в кристаллах ухудшают характеристики детекторов, ведут к их нестабильности во время работы и ограничивают таким образом его возможности.
В настоящей работе методом термостимулированной проводимости (ТСП) проведены исследования локальных состояний в запрещенной зоне кристаллов дийодида ртути, выращенных тремя наиболее часто используемыми методами: методом статической сублимации (с добавлением свободного 1г в ростовую ампулу или без такового), методом температурных осцилляции (ТОМ) и кристаллов, выращенных из раствора диметилсульфо-оксида (DMSO) в ацетоне. Подробное описание методов роста кристаллов дано в работе [2].
Для измерения термостимулированной проводимости использовалась установка, основным элементом которой являлась криокамера с размещенным в ней столиком для образца. Столик имел внутри полость для нагревателя, которым служила лампа КГМ-24 150. Специальная "рубашка" вокруг столика позволяла охлаждать его путем продувки жидкого азота. Для контроля температуры применялась медь-константановая термопара, прижатая к столику в непосредственной близости от образца. Ток регистрировался электрометрическим усилителем В/-30. Для устранения обмерзания в камере поддерживался вакуум 10-2 -10-3 мм.рт.ст. Возбуждение образца осуществлялось либо с помощью источника света, размещенного внутри камеры (лампа КГМ-12 100). либо от внешнего источника через специальное окно в корпусе камеры. Установка позволяла измерять термостимулированную проводимость в диапазоне температур 90-400 К. Экспериментальная процедура состояла из следующих этапов: возбуждение образца светом из собственной полосы поглощения при низкой температуре (образец при этом находился либо в
закороченном состоянии, либо под небольшим напряжением в 40-50 В) и последующее нагревание кристалла в темноте с постоянной скоростью. Ток, регистрируемый электрометром, записывался самописцем как функция температуры.
Образцы, использованные для измерения ТСП. приготовлялись по технологии, применяемой для изготовления рентгеновского детектора [2]. Кристаллы скалывались вдоль плоскости спайности на пластины толщиной 0,3-0.5 мм. Площадь поверхности пластин, ограниченная размерами кристалла, составляла 20-25 мм2 . В качестве контактов использовался аквадаг, нанесенный на противоположные стороны пластин. Структуры, приготовленные таким образом, выдерживали напряжение до 1000 В, при этом темновой ток через образец не превышал нескольких сотен рА.
На рис. 1, 2 приведены типичные спектры ТСП, измеренные на кристаллах, выращенных ТОМ-методом и методом статической сублимации соответственно. Видно, что в широком температурном интервале (150-250 К) наблюдается ряд сильноперекрывающихся пиков. В этом же температурном интервале расположен и спектр кристаллов, выращенных из раствора ОМБО Использование термической очистки спектра [3] позволило выделить семь характерных пиков при температурах 159, 167, 175, 187, 206, 225. 249К. Параметры центров, ответственных за спектральные максимумы, приведены в таблице. Определение энергии активации выполнено несколькими способами: по температуре Тм. при которой наблюдается данный максимум (метод Бьюба), характерной температуре Тт. соответствующей полувысоте пика со стороны низких температур (метод Гроссвайнера). по методу начального наклона Гарлика-Гибсона. Сравнения энергии активации, рассчитанной первым и вторым методом, с ее значением, получаемым по "начальному наклону" . позволяет отнести ловушку либо к "медленному" типу, либо к "быстрому" и определить сечения захвата соответствующих ловушек а!, оценить их концентрацию N1. Время жизни носителей на ловушке та оценивалось по формуле
та = 1/V • ехр(Е|/к Т), где V - частотный фактор ловушки, к - постоянная
Больцмана. Т - температура образца, равная рабочей температуре детектора 300 К.
Наиболее интенсивный пик при 187 К (до 2 нА) наблюдался на всех структурах, независимо от их качества, метода роста кристалла и степени его легирования. Этот пик интерпретирован как ловушка для электронов с энергией активации 0,3 - 0,4 эВ. Он определяется, по-видимому, структурными дефектами. Кристаллы, не обладающие спектрометрическими свойствами, имели интенсивные пики проводимости при температурах 225 и 249 К. Эти пики интерпретированы как ловушки для дырок с энергией активации 0,48 - 0.65 эВ. Кроме того, такие структуры обладают существенно большей высотой пиков в спектрах в области температур 150 - 175 К. На ряде кристаллов удалось выделить пик при проводимости с температурой максимума при 159 К, Энергия активации соответствующего уровня порядка 0.36 - 0.56 эВ. Как видно из таблицы.
7* 10°
Рис.1. Спектр термостимулированной проводимости кристаллов, выращенных ТОМ-методом (На вставке показана зависимость высоты максимума при температуре 175 и 187 К от времени возбуждения)
наибольшее время жизни носителей заряда на ловушке соответствует ловушкам, которые отвечают за максимумы ТСП при температурах 187 и 247 К (0,13 и 1.3 секунды соответственно).
Метод ТСП широко применялся для изучения кристаллов дийодида ртути [4 - 9]. Однако сильная зависимость положений максимумов в спектре от условий эксперимента, технологии нанесения и материалов контактов не позволяют сопоставить пики термостимулированных токов по их температурному положению. Вместе с тем качественный вид спектров и расчетные значения параметров ловушек имеют близкие характеристики.
В заключение отметим, что дефекты, дающие энергетические уровни Е[ = 0,30 - 0,45 эВ и Е1 = 0.65 эВ, интерпретированные как электронные и дырочные ловушки и характеризуемые временами жизни носителей на них 0,13 и 1,3 с соответственно, будут отвечать за накопление
7* 101А
20
/5
ГО
eirr т* aSea.se и РС-/7ГШ
к/сая-i и-щ в
С ю т г u-so. 3 U-SQ В в
т ¿А-2 4) 206
М л // \ 159 У/ 1 к
1 у V
150
ZUO
250 ТШК
Рис.2. Спектр термостимулированной проводимости образца РС-174(3)А. измеренный при различных значениях напряжения на структуре
Таблица
Параметры локальных центров в кристаллах a-Hgb
Центр Температура Энергия Тип Сечение Концентрация Время захвата Время на
макс. Тм,К актив. Е|гэВ захвата Oi,cm2 N.. м э Ti, с центре Та, с
В GG G
А 159 0.36 0.43 0.56 л 7.0 * 10 " 1.7" Ю-'2 8.6* 10"5 4.4* 10°
В 167-175
С 187 0.40 0.33 0.30 п 5.0 * Ю-19 2.0* 10'17 6.3* 10"5 0.13
D 206 0.44 0.66 0.63 л 1.0 * ю-11 1.0 *. 10'10 7.0* 10"5 1.7* 10"3
Е 225 0.48 - - Р - - - -
F 249 0.53 0.65 0.65 Р 1.0 * 10-" 9.0* 10-? 7.0*10'5 1.3
Примечание. В - по Бьюбу, GG - по Гарлику-Гарлику, G - по Гроссвайнеру.
объемного заряда в детекторных структурах. Баланс между двумя этими уровнями (соотношение концентраций, однородность распределения по объему) будет, по всей вероятности, определять характеристики детектора.
ЛИТЕРАТУРА
1. Атомная энергия. В.М Залетин, О,В Кривозубов. М.А. Торлин. В.И.Фомин.-1987,- Т. 63, вып. 2.-140 с.
2. Дийодид ртути . Получение, свойства, применение / В.А. Гайслер, В.М. Залетин, Н.В. Лях и др. - Новосибирск: Наука. 1984 - 103 с.
3. Вертопрахов В.Н., Сальман В.Г. Термостимулированные токи в неорганических веществах,- Новосибирск: Наука, 1979.-331 с.
4. Whited R.C., Van den Berg L. // IEEE Trans, on Nucl. Sci..-1977,- NS-24, 1,- P.165.
5. Gelbart V.. Yacoby Y., Beinglass I.. Holzer A. // IEEE Trans, on Nucl. Sci. .-1977.-NS-24. 1.-P.135.
6. Friant A., Mellet J.. Salion C.. Brahim T.M. // IEEE Trans on Nucl. Sci. .-1980,- NS-27, 1.-P.281.
7. De Blasi C., Galossini S., Manfredotti C. // Nucl. Instr. and Meth..-1978.- 150.1.-P. 103.
8. Tadjene A., Galossini D.. Manfredotti C. // Nucl. Instr. and Meth..-1983.-213.-P. 77.
9. BrahimT.M.. Riant A.. Mellet J. // Fhys. stat. sol., (a).-1983.-79.-P.71.
УДК 539.2: 678.743.41
ВЯЗКОУПРУГИЕ СВОЙСТВА НАПОЛНЕННОГО ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА В
ВЫСОКОЭЛАСТИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ
О.В. Кропотин, В.И.Суриков, В.А.Федорук
Омский государственный технический университет
by mechanical relaxation methods the concentration dependence of viscoelastic characteristics of polytetrafluoroethylene with carbon fibre and metallic filler has been established bu mechanical relaxation methods. The correlation of changes of viscoelastic
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) относится к линейным кристаллическим полимерам, композиции на основе которого широко используются в качестве конструкционных и антифрикционных материалов благодаря комплексу
уникальных физических свойств. Введение наполнителей различного типа приводит к различного характера изменениям свойств кристаллических полимеров, в том числе и политетрафто-рэтилена(ПТФЭ) [1-3]. На сегодняшний день
{&Ы0
1д СЩ
кп
170
ЪЮ Т. К М
Рис. 1. Температурные зависимости модуля сдвига и фактора потерь для исследуемых образцов: 1дС , 1д8. 1-ПТФЭ, 2 - ПТФЭ-1 %ДБ, 3 - ПТФЭ-10 %УВ
