Анотація до роботи:

Павлов В.В. Оптичні та електрофізичні властивості монокристалів селеніду цинку, легованих елементами перехідних металів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - Фізика напівпровідників і діелектриків. – Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, Одеса, 2008.

Дисертація присвячена з'ясуванню впливу домішок хрому і кобальту на спектри поглинання у видимій і ІЧ-областях кристалів селеніду цинку, визначенню природи оптичних переходів, а також коефіцієнтів дифузії цих активаторів в монокристалах ZnSe.

Дослідженнями спектрів оптичного поглинання кристалів ZnSe:Cr встановлено наявність характерних смуг в синьо-зеленій області спектру. Лінії поглинання в синій області інтерпретовані як результат переходів з валентної зони на високі збуджені стани хрому. Лінія поглинання в зеленій області спектру пояснюється внутрішньоцентровими переходами. В області краю поглинання кристалів ZnSe:Co знайдена серія слабких ліній поглинання на 2.36, 2.43, 2.47 і 2.55 еВ. Ці лінії є результатом електронних переходів в межах іону кобальту. Дослідження поглинання в широкому спектральному діапазоні кристалів ZnS:Co, ZnSe:Co, ZnTe:Co виявило присутність однотипних спектральних ліній поглинання в цих кристалах. Спостережуваний зсув цих ліній обумовлений збільшенням іонного радіусу аніонів в послідовності S – Se – Te.

Визначено коефіцієнти дифузії досліджуваних домішок в кристалах ZnSe в температурному діапазоні 1073-1273 K. Зокрема, при температурі 1173 K коефіцієнти дифузії склали D_Cr = 410^-9 см²/с, D_Co = 210^-10 см²/с.

Введення домішок хрому і кобальту в ZnSe приводить до утворення глибоких донорних центрів з енергією активації 0.65 еВ, якими є атоми міжвузлового цинку Zn_i.

Показано наявність фотопровідності у кристалів ZnSe:Cr і ZnSe:Co при освітленні їх світлом з області видимої частини спектру. Фотопровідність обумовлена електронними переходами з рівнів основного стану іонів Cr²⁺ і Co²⁺ на рівні збуджених станів, розташованих поблизу С-зони, і подальшим тепловим викидом електронів в зону провідності.

Отримані результати свідчать про те, що досліджувані в даній роботі кристали можуть бути використані як активні середовища лазерів середнього ІЧ-діапазона. Розраховані коефіцієнти дифузії досліджуваних домішок, дозволяють наперед оцінювати ступінь легування кристалів.

1. Запропоновано методику легування монокристалів ZnSe елементами перехідних металів Cr і Co, яка дозволяє одержувати оптично однорідні кристали з концентрацією домішок 10¹⁸- 10¹⁹ см^-3.

2. Дослідженнями спектрів оптичного поглинання кристалів ZnSe:Cr встановлено наявність характерних смуг в синьо-зеленій області спектру. Лінії поглинання в синій області інтерпретовані як результат переходів з валентної зони на високі збуджені стани хрому ³Т₂. Лінія поглинання в зеленій області спектру пояснюється внутрішньоцентровими переходами ⁵Т₂ ³Т₂, що відбуваються в межах іону Cr²⁺.

3. Серія слабких ліній на 2.36, 2.43 і 2.55 еВ в області краю поглинання кристалів ZnSe:Co обумовлена електронними переходами з основного стану ⁴А₂(F) на розщеплені збуджені стани ²Т₁(Н), що відбуваються в межах іону кобальту.

4. Спостережуваний зсув однотипних спектральних ліній поглинання в кристалах ZnS:Co, ZnSe:Co, ZnTe:Co обумовлений збільшенням іонного радіусу аніонів в послідовності S Se Te.

5. Встановлено відповідність дифузійного профілю домішок хрому і кобальту і профілів відносної оптичної густини легованих кристалів. Визначено коефіцієнти дифузії досліджуваних домішок в кристалах ZnSe в температурному діапазоні 1073-1273 K. Зокрема, при температурі 1173 K коефіцієнти дифузії склали D_Cr = 410^-9 см²/с, D_Co = 210^-10 см²/с.

6. Введення домішок хрому і кобальту в ZnSe призводить до утворення глибоких донорних центрів з енергією активації 0.65 еВ, якими є атоми міжвузлового цинку Zn_i. Це обумовлює електронний тип провідності і високий питомий опір кристалів ZnSe:Cr,Co.

7. Довгохвильова фотопровідність кристалів ZnSe:Cr,Co обумовлена електронними переходами з рівнів основних станів іонів Cr²⁺ і Co²⁺ на рівні збуджених станів, розташованих поблизу С-зони, і подальшими тепловими переходами електронів в зону провідності.

Публікації автора:

1. Ваксман Ю.Ф., Павлов В.В., Ницук Ю.А., Пуртов Ю.Н., Насибов А.С., Шапкин П.В. Оптическое поглощение и диффузия хрома в монокристаллах ZnSe // Физ. и техн. полупроводников. – 2005. – Т.39, №.4. – С. 401-404.

2. Ваксман Ю.Ф., Ницук Ю.А., Пуртов Ю.Н., Павлов В.В. Активные среды для лазеров среднего ИК-диапазона на основе монокристаллов селенида цинка // Вестник Черкасского государственного технологического университета. – 2005. – № 3. – С. 104-106.

3. Ваксман Ю.Ф., Павлов В.В., Ницук Ю.А., Пуртов Ю.Н., Насибов А.С., Шапкин П.В. Получение и оптические свойства монокристаллов ZnSe, легированных кобальтом // Физ. и техн. полупроводников. – 2006. – Т.40, №.7. – С. 815-818.

4. Ваксман Ю.Ф., Ницук Ю.А., Павлов В.В. Монокристаллы ZnSe:Cr как активные среды лазеров среднего ИК-диапазона // Вестник Черкасского государственного технологического университета. – 2006, спецвыпуск. – С. 98-100.

5. Ваксман Ю.Ф., Ницук Ю.А., Павлов В.В., Пуртов Ю.Н., Насибов А.С., Шапкин П.В. Оптические свойства монокристаллов ZnТe, легированных кобальтом // Физ. и техн. полупроводников. – 2007. – Т.41, №.6. – С. 679-682.

6. Vaksman Yu. F., Nitsuk Yu. A., Pavlov V.V., Purtov Yu. N., Nasibov A. S., Shapkin P. V. Optical properties of ZnS single crystals doped with cobalt. // Photoelectronica. – 2007. – N. 16. – P. 33-37.

7. Ваксман Ю.Ф., Ницук Ю.А., Павлов В.В. Активные среды лазеров среднего ИК-диапазона на основе монокристаллов А₂В₆ // Вестник Черкасского государственного технологического университета. – 2007, спецвыпуск. – С. 164-166.

8. Ваксман Ю.Ф., Ницук Ю.А., Павлов В.В., Пуртов Ю.Н., Насибов А.С., Шапкин П.В. Диффузия хрома в монокристаллах селенида цинка // Тезисы докладов 2-й Украинской научной конференции по физике полупроводников. – Черновцы-Выжница, Украина. – 2004. – С. 67-68.

9. Vaksman Yu. F., Nitsuk Yu. A., Pavlov V.V., Purtov Yu. N., Nasibov A. S., Shapkin P. V. The optical propeties of Cr-doped ZnSe crystals // Abstracts of 2^nd International conference on materials science and condensed matter physics. – Chisinau, Moldova. – 2004. – P. 42.

10. Ваксман Ю.Ф., Павлов В.В., Ницук Ю.А., Пуртов Ю.Н. Получение и оптические свойства пленок ZnSe:Cr на кристаллических подложках ZnSe:In // Материали X Международной конференции по физике и технологи тонких пленок (МКФТТП-Х). – Івано-Франковск-Яремча, Украина. – 2005. – С. 173-174.

11. Ваксман Ю.Ф., Павлов В.В., Ніцук Ю.А., Пуртов Ю.М. Монокристали селеніду цинку як активні середовища для лазерів інфрачервоного випромінювання // Тези доповідей Всеукраїнського з’їзду „Фізика в Україні”. – Одеса: Астропринт. – 2005. – С. 140.

12. Ваксман Ю.Ф., Ницук Ю.А., Павлов В.В., Пуртов Ю.Н. Влияние примеси кобальта на спектр оптического поглощения кристаллов ZnTe // Тезисы докладов 2-й Международной научно-технической конференции „Сенсорная электроника и микросистемные технологии”. – Одесса: Астропринт. – 2006. – С. 213.

13. Ваксман Ю.Ф., Ніцук Ю.А., Павлов В.В., Пуртов Ю.М. Оптичні властивості плівок ZnSe:Cо // Матеріали XІ Міжнародної конференції з фізики і технології тонких плівок та наносистем (МКФТТПН-ХІ). – Івано-Франківск, Украіна. – 2007. – Т. 2. – С. 12-13.

14. Ваксман Ю.Ф., Павлов В.В., Ницук Ю.А., Пуртов Ю.Н., Насибов А.С., Шапкин П.В. Оптическое поглощение и фотопроводимость монокристаллов ZnSe:Cо // Тезисы докладов 3-й Украинской научной конференции по физике полупроводников. – Одесса: Астропринт. – 2007. – С. 162.

Цитована література

1. Козловский В.И., Коростелин Ю.В., Ландман А.И., Подмарьков Ю.П., Фролов М.П. Эффективная лазерная генерация на кристалле Cr²⁺:ZnSe, выращенном из паровой фазы // Квантовая электроника. – 2003. – Т. 33, № 5. – С. 408-410.

2. Mierczyk Z., Majchrowski A., Ozga K., Slezak A., Kityk I.V. Simulation of nonlinear optical absorption in ZnSe:Co²⁺ crystals // Optics & Laser Technology. – 2006. – V. 38, N. 7. – P. 558-564.

3. Vallin J.T., Slack G.A., Roberts S. Infrared absorption in some II-VI compounds doped with Cr // Phys. Rev. – 1970. – V. B2. – P. 4313-4333.

4. Robbins D.J., Dean P.J., Glasper J.L., Bishop S.G. New high-energy luminescence bands from Co²⁺ in ZnSe // Solid State Com. – 1980. – V. 36. – P. 61-67.

5. Mak C.-L., Sooryakumar R., Steiner M.M. Optical transitions in Zn_1-xCo_xSe and Zn_1-xFe_xSe: Strong concentration-dependent effective p-d exchange // Phys.Rev.B. – 1993. – V.B48. – P. 11743-11747.