Анотація до роботи:

Северин В. С. Механізм світлочутливості системи халькогенідний склоподібний напівпровідник – метал. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Інститут фізики напівпровідників НАН України, Київ, 2002.

Запропоновано механізм, який пояснює комплекс властивостей світлочутливої системи халькогенідний склоподібний напівпровідник (ХСН) – метал. Показано, що її властивості обумовлює потенціальний бар’єр на границі ХСН – метал, який має гальванічну та електронну складові. Освітлення системи зменшує електронну складову. Це значно збільшує дифузійний потік іонів металу з металу до ХСН. Зміна електронної складової визначається фотоелектричними процесами у ХСН. Вона дає джерело дифузії іонів до ХСН, залежне від світла. Розв’язок рівняння дифузії з цим джерелом приводить до виразів, які пояснюють комплекс властивостей світлочутливої системи. Показано, що індукційний період кінетики проникнення металу до ХСН обумовлений залежністю коефіцієнта дифузії металу в ХСН від його концентрації. Показано, що залежність світлочутливості системи від товщини шару металу, від сторони освітлення та вигляд останнього періоду кінетики обумовлені скінченністю товщини шарів системи. Проведено застосування створеного механізму до вивчення процесу запису голографічної дифракційної ґратки.

1. Запропоновано механізм проникнення металу до ХСН у світлочутливій системі ХСН – метал, суть якого у наступному.

При виготовленні системи на границі ХСН – метал утворюється потенціальний бар’єр для переходу іонів металу із шару металу до ХСН. Цей бар’єр має дві складові: гальванічну та електронну. Тільки ті іони металу, які долають бар’єр, дифундують із металу в ХСН. Цей процес визначає повільне проникнення металу до ХСН у відсутності освітлення системи. При її освітленні електронна складова бар’єра зменшується. Як наслідок, різко зростає дифузійний потік іонів металу від шару металу до ХСН, який обумовлює властивості світлочутливої системи.

2. Показано, що зміна електронної складової потенціального бар’єра на границі ХСН – метал визначається фотоелектричними процесами у ХСН, відповідальними за його фотопровідність. Отримані вирази, які пов’язують кінетику дифузійного проникнення металу до ХСН з режимами його фотопровідності. З цих виразів випливає, наступне.

У другому режимі фотопровідності зміна товщини шару металу d за час опромінення t дається виразом , де a₃ – коефіцієнт, не залежний від інтенсивності світла I, I_д – величина I, яка діє у ХСН біля границі з металом. Коефіцієнт a₃ залежить від температури та ряду характеристик ХСН, легованого металом.

У другому режимі фотопровідності світлочутливість S не залежить від I. Збільшення I порушує другий режим фотопровідності. Отримані залежності зміни товщини шару металу d і світлочутливості S від інтенсивності світла I та зв’язок такої залежності з частотою світла відповідають експериментальним результатам.

Поглинання світла в шарі ХСН дає залежність d та S від його товщини l та від коефіцієнта поглинання світла ХСН. Червона границя світлочутливості системи обумовлена поглинанням світла D⁰, D ^– центрами ХСН.

Енергія активації світлочутливості Е_а залежить від енергії кванта світла та попереднього освітлення системи. У другому режимі фотопровідності Е_а дається логарифмом коефіцієнта оптичного поглинання ХСН, легованого металом, який змінюється попереднім освітленням системи. У третьому режимі фотопровідності Е_а стає залежною від інтенсивності світла та зменшується при зростанні останньої.

Ефективна енергія активації дифузії іонів металу в ХСН залежить від частоти світла, його інтенсивності. Вона зменшується при зростанні інтенсивності світла.

Молекули води, які мають власний дипольний електричний момент, проникаючи крізь нещільності тонкої плівки до границі ХСН – метал, зменшують потенціальний бар’єр на цій границі та підвищують світлочутливість системи ХСН – метал.

Отримані вирази, на відміну від існуючих механізмів явища, підтверджуються комплексом експериментальних результатів.

3. Врахована залежність коефіцієнта дифузії металу у ХСН від концентрації металу. Показано, що індукційний період кінетики проникнення металу до шару ХСН обумовлений цією залежністю.

4. Враховано вплив скінченності товщини шарів системи на дифузію металу у ній. Показано, що залежність світлочутливості від товщини шару металу обумовлена дифузією металу у шарі металу. А характерна довжина, яка визначає цю залежність, є довжиною дифузії іона металу у шарі металу. Показано, що залежність світлочутливості від сторони освітлення системи обумовлена поглинанням світла шаром речовини на його шляху до границі ХСН – метал. Показано, що вигляд останнього періоду кінетики проникнення металу в ХСН обумовлений скінченністю товщини шарів системи.

5. Висновки, вказані в пунктах 1–4, підтверджуються експериментом. Це дає підставу стверджувати, що сукупність отриманих у дисертації результатів є розв’язком наукової задачі: побудова механізму світлочутливості системи ХСН – метал, який уперше, на відміну від існуючих механізмів, пояснює комплекс властивостей такої системи.

6. Застосування побудованого механізму до вивчення процесу запису голографічної дифракційної ґратки на системі ХСН – метал дозволило встановити наступне. При не дуже малій товщині шару ХСН система дає більший рельєф у тій спектральній області, де поглинання ХСН слабше. У цій же спектральній області зображення буде мати найбільший контраст. Додаткове однорідне опромінення системи дозволяє суттєво збільшити дифракційну ефективність ґратки при одночасному зменшенні часу експозиції її в інтерференційній картині.

Публікації автора:

1. Костышин М. Т., Северин В. С. Влияние оптических констант полупроводника на изображение в системе полупроводник – металл // Ж. техн. физ. - 1980. - Т. 50, № 6. - С. 1340-1343.

2. Костышин М. Т., Северин В. С. О стимулированной светом диффузии в светочувствительной системе полупроводник – металл // Фундаментальные основы оптической памяти и среды. - 1984. - Вып. 15. - С. 94-100.

3. Костышин М. Т., Романенко П. Ф., Коломиец Т. М., Северин В. С., Стронский А. В. Влияние дополнительного облучения на дифракционную эффективность решеток, записанных на системе As₂Se₃ – As₂S₃ – Ag // Фундаментальные основы оптической памяти и среды. - 1986. - Вып. 17. - С. 90-95.

4. Данько В. А., Костышин М. Т., Северин В. С., Шепелявый П. Е. О процессах "старения" в светочувствительных системах полупроводник – металл // Ж. научн. и прикл. фотогр. и кин. - 1987. - Т. 32, № 1. - С. 57-60.

5. Северин В. С. Влияние температуры, интенсивности света и его спектрального состава на светочувствительную систему полупроводник – металл при непрерывном облучении // Укр. физ. ж.- 1992. - Т. 37, № 8. - С. 1244-1248.

6. Северин В. С. Особенности кинетики фотостимулированной диффузии Ag в стеклообразный As₂S₃ // Укр. физ. ж. - 1992. - Т. 37, № 10. - С. 1557-1560.

7. Северин В. С. Вплив товщини металевого шару системи As₂S₃ – Ag на її світлочутливість // Укр. физ. ж. - 1995. - Т. 40, № 6. - С. 610-612.

8. Северин В. С. Стимулированная светом диффузия в светочувствительной системе халькогенидный стеклообразный полупроводник – металл. - Киев: 1990. - 24 с. (Препр. / АН Украины. Ин-т полупроводников; № 6 - 90).

9. Северин В. С. Влияние интенсивности света на проникновение металла в полупроводник в светочувствительной системе полупроводник – металл // Бессеребрянные и необычные фотографические процессы. Тез. докл. V Всесоюз. конф., г. Суздаль, 5 - 9 дек. 1988. - Том 3. - Черноголовка: ОИХФ АН СССР. - 1988. - С. 72.

10. Северин В. С. О механизме фотостимулированного проникновения серебра в As₂S₃ в светочувствительной системе As₂S₃ – Ag // Седьмая Всесоюз. конф. по радиационной физике и химии неорганических материалов, г. Рига, окт. 1989. Тез. докл. - Часть II. - Рига: Институт физики АН Латв.ССР. - 1989. - С. 484-485.

11. Северин В. С. Красная граница светочувствительности системы As₂S₃ – Ag // Всесоюз. конф. "Оптическое изображение и регистрирующие среды". Сборник тез. докл. - Часть 2. - Ленинград: ГОИ им. С. И. Вавилова. - 1990. - С. 26-27.

12. Северин В. С. О спектральной зависимости энергии активации фотостимулированной диффузии Ag в системе стеклообразный As₂S₃ – Ag // Physics and application of chalcogenide glassy semiconductors in optoelectronics. Abstracts of the IV th International Conference. Moldova, Kishinev, Oct. 18-21, 1993. - Кишинев: Штиинца. - 1993. - С. 19.