Анотація до роботи:

Павлова Н.Ю. Нелінійна абсорбція світла і структура енергетичних станів монокристалів a-ZnP₂.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 – фізика напівпровідників та діелектриків. – Волинський державний університет ім. Лесі Українки, Луцьк, 2009.

Дисертацію присвячено експериментальному дослідженню власного й резонансного двофотонного поглинання, структури енергетичних станів, глибоких локальних центрів і комплексів та генераційно-рекомбінаційних процесів у напівпровідникових кристалах a-ZnP₂ тетрагональної модифікації. Досліджувались нелеговані та леговані Ge, Se і In кристали a-ZnP₂. Вперше детально досліджено резонансне двофотонне поглинання в a-ZnP₂. В a-ZnP₂ експериментально виявлено 12 критичних точок першого роду в зоні провідності та у валентній зоні. У a-ZnP₂ виявлено 7, а в a-ZnP₂:Ge - 8 типів локальних центрів; встановлено глибини залягання відповідних їм енергетичних рівнів у забороненій зоні. Оцінено перерізи домішкового поглинання випромінювання неодимового лазера у кристалах a-ZnP₂. Визначені дефектні центри, яким належать реальні проміжні стани резонансного двофотонного поглинання та оцінено час релаксації електронів на цих центрах. Проведено дослідження впливу підсвічування на індуковане поглинання світла в a-ZnP₂. Рекурсійнім методом у наближенні сильного зв’язку розраховано парціальні густини електронних станів ідеального a-ZnP₂ та такого, що містить власні дефекти.

1. Для кристалів a-ZnP₂ проведено розмежування нелінійних когерентних і некогерентних оптичних процесів. Виявлено, що в a-ZnP₂ власне двофотонне поглинання світла належить до дипольно дозволено-забороненого типу з внеском континууму екситонних станів.

В a-ZnP₂ виявлено шість смуг резонансного двофотонного поглинання (РДФП), яке здійснюється через реальні проміжні стани, що належать центрам з енергетичними рівнями на відстані 1,32 еВ та 1,51 еВ від вершини валентної зони. Ці шість ліній виникають внаслідок розщеплення валентної зони на три підзони. Розраховано відношення ефективних мас дірок у валентних підзонах і електронів в зоні провідності.

2. В спектрах поглинання a-ZnP₂ спостерігаються дві спектральні лінії поглинання з максимумами при 1,40 і 1,63 еВ, поглинання в яких є аномальним, оскільки не спостерігається при малих інтенсивностях лазерного імпульсу. Центри, які відповідають за процеси поглинання, мають схожу фізичну природу, а їх положення обумовлені наявністю двох нееквівалентних положень атомів фосфору.

3. Для ліній 1,55 і 1,93 еВ запропоновано модель, згідно якої смуга поглинання 1,93 еВ пов’язана з оптичними переходами із основних станів нейтральних комплексів на збуджені енергетичні стани однократно іонізованих неглибоких донорів, а смуга 1,55 еВ – з оптичними переходами із основних станів комплексів в збуджені стани комплексу, що знаходиться в парі з нейтральним донором. Оцінено перерізи поглинання лазерного випромінювання на переходах: „валентна зона – комплекси в нейтральному стані“, „валентна зона – іонізований комплекс в парі з нейтральним донором“, „валентна зона – іонізований комплекс з іонізованим донором“, „нейтральний комплекс в парі з нейтральним донором – зона провідності“.

4. Встановлено, що п’ять симетричних екситонних ліній поглинання у нелегованих та легованих Se і In кристалах a-ZnP₂ обумовлені екситонами, які зв’язуються з нейтральними „молекулярними“ аксіальними центрами (, і ), а одна лінія пов’язана з екситонно-домішковим комплексом на нейтральному донорі.

5. У нелегованих кристалах a-ZnP₂ виявлено сім, а в легованих Ge – ще й восьмий тип оптичних центрів, яким відповідають енергетичні рівні в забороненій зоні:

1) , 2) , 3) , 4) ,

5) , 6) , 7) , 8) E_С – 0,38 (еВ).

Визначено поперечні перерізи поглинання на переходах між усіма цими дефектними центрами та валентною зоною або зоною провідності.

6. Валентна зона a-ZnP₂ містить п’ять особливих точок -типу на відстані від вершини зони 0,33, 0,38, 0,51, 0,66 та 0,87 еВ; а зона провідності має п’ять особливих точок -типу, відстані яких від дна зони становлять 0,09, 0,25, 0,43, 0,84 і 1,19 еВ та дві -типу з відстанями 1,03 і 1,15 еВ.

Основні результати дисертаційної роботи викладено в наступних публікаціях:

1. Пацкун И.И., Павлова Н.Ю., Тычина И.И. Лазерная модуляционная спектроскопия ассоциированных глубоких центров в a-ZnP₂ // Квантовая электроника. – 1994. – Вып. 46. – С. 61-68.

2. Пацкун И.И., Павлова Н.Ю. Исследование методами лазерной спектроскопии межпримесного и внутрицентрового поглощения в a-ZnP₂ // Квантовая электроника. – К.: Наукова думка. – 1994. – Вып. 46. – С. 68-74.

3. Пацкун И.И., Павлова Н.Ю., Тычина И.И. Экситонно-примесные комплексы в a-ZnP₂ // Квантовая электроника. – 1995. – Вып. 47. – С. 6-10.

4. Пацкун І.І., Павлова Н.Ю. Дослідження впливу підсвічування на процес лазерної модуляції домішкового поглинання зондуючого світла в a-ZnP₂:Ge // Наукові записки НПУ імені М.П. Драгоманова. Фізико-математичні науки. – Т. 2. – К.: НПУ імені М.П. Драгоманова. – 2001.– С. 108-114.

5. Павлова Н.Ю., Пацкун І.І. Дослідження зонної структури кристалів a-ZnP₂:Ge методами лазерно-модуляційної спектроскопії // Наукові записки НПУ імені М.П. Драгоманова. Фізико-математичні науки. – Київ. – 2003. –Т.4. – С. 78-85.

6. Павлова Н.Ю., Пацкун И.И. Исследование зонной структуры a-ZnP₂ методами лазерно-модуляційної спектроскопії // Оптика и спектроскопия. – 2004. – Т. 96. - №1. – С. 74-77.

7. Пацкун І.І., Павлова Н.Ю. Дослідження структури енергетичних станів монокристалів a-ZnP₂:Ge методами лазерно-модуляційної спектроскопії // УФЖ. – 2006. – Т. 51. – № 5. – С. 502-504.

8. Тычина И.И., Пацкун И.И., Грищенко Г.А., Згура Г.В., Павлова Н.Ю. Двухлучевая лазерная спектроскопия ZnP₂ // Труды конфер. „Физическая химия и технология фосфидов и фосфорсодержащих сплавов“. – Часть 2. – Алма-Ата: Гылым. – 1992. – С. 147-150.

9. Пацкун И.И., Тычина И.И., Павлова Н.Ю. Межпримесные и внутрицентровые оптические переходы в ZnP₂ // Труды конфер. „Физическая химия и технология фосфидов и фосфорсодержащих сплавов“. – Часть 2. – Алма-Ата: Гылым. – 1992. – С. 150-154.

10. Павлова Н.Ю., Пацкун И.И., Тычина И.И., Шевченко В.И. Плотность электронных состояний в a-ZnP₂, рассчитанная рекурсионным методом // Тези доповідей ІІ Української конференції „Матеріалознавство і фізика напівпровідникових фаз змінного складу“ – Частина 2. – Ніжин. – 1993. – С. 221-223.

11. Пацкун І.І., Павлова Н.Ю., Тичина І.І. Використання легування для дослідження домішкової і зонної структури a-ZnP₂ методами амплітудної лазерної модуляційної спектроскопії // Тези доповідей VІ науково-технічного семінару по фосфору „Наукові і матеріалознавчі проблеми хімії фосфору і його неорганічних сполук“ (Фосфор України - 93). – Львів: УПІ ім. Ів. Федорова. – 1993. – С. 112.

12. Пацкун І.І., Павлова Н.Ю., Тичина І.І. Перехід від індукованого лазерним імпульсом поглинання до індукованого просвітлення в a-ZnP₂ // Тези доповідей VІ науково-технічного семінару по фосфору „Наукові і матеріалознавчі проблеми хімії фосфору і його неорганічних сполук“ (Фосфор України – 93). – Львів: УПІ ім. Ів. Федорова. – 1993. – С. 113.

13. Пацкун І.І., Павлова Н.Ю. Дослідження впливу підсвічування на процес лазерної модуляції домішкового поглинання зондуючого світла в ZnP₂:Ge // Тези доповідей V Всеукраїнської наукової конференції „Фундаментальна та професійна підготовка фахівців з фізики“. – К.: НПУ імені М.П. Драгоманова. – 2000. – С. 187.

14. Пацкун І.І., Павлова Н.Ю. Дослідження зонної структури a-ZnP₂:Ge методами лазерної спектроскопії // Тези доповідей VІІ Всеукраїнської наукової конференції „Фундаментальна та професійна підготовка фахівців з фізики“. – К.: НПУ імені М.П. Драгоманова. – 2002. – С. 156.

15. Павлова Н.Ю., Картузов В.В., Тычина И.И., Шевченко В.И. Исследование электронной структуры естественных дефектов в a-ZnP₂ рекурсионным методом. // Тугоплавкие соединения. Получение, свойства и применение. Сб. науч. тр. – Киев: ИПМ НАНУ. - 1999. – С.14-18.

16. Пацкун І.І., Павлова Н.Ю. Дослідження зонної і домішкової енергетичної структури a-ZnP₂ методами лазерної спектроскопії // Матеріали VІ Всеукраїнської конференції „Фундаментальна та професійна підготовка вчителів фізики“. – Миколаїв: МДПУ. – 2001. – С. 212-223.

17. Пацкун І.І., Павлова Н.Ю. Донорно-ексітонні комплекси в дифосфіді цинку тетрагональної модифікації // Тези доповідей ІХ Всеукраїнської наукової конференції „Фундаментальна та професійна підготовка фахівців з фізики“. – К.: НПУ імені М.П. Драгоманова. – 2004. – С. 88.

Цитована література

1. Бассани Ф., Пастори-Парравичини Д. Электронные состояния и оптические переходы в твердых телах. – М.: Наука, 1972. – 391 с.

2. Sobolev V.V., Kozlov A.J., Polygalov Yu.J., Tupitsyn V.E. and Poplavnoj A.S. Reflectivity Spektra and Band Structure of the Zinc and Cadmium Diphosphides // Phys. Stat. Sol. (b). – 1989. – V. 154. – P. 377-388.

3. Харрисон У. Электронная структура и свойства твердых тел: В 2 т: Пер. с англ. – М.: Мир, 1983. - Т. 1. - 381 с. - Т. 2. - 332 с.