Алізадех Мохаммадалі Рентгено- провідність монокристалів ZnSe як детекторів іонізуючих випромінювань

Краткое описание

Алізадех Мохаммадалі, закінчив аспірантуру і стажист кафедри експериментальної фізики Київського націо­нального університету імені Тараса Шевченка: «Рентгено- провідність монокристалів ZnSe як детекторів іонізуючих випромінювань» (01.04.07 - фізика твердого тіла). Спец­рада Д 26.001.23 у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка МОН України

Київський національний університет імені Тараса Шевченка
ВНЗ або наукова установа, де виконана робота
Міністерство освіти і науки України
Орган, до сфери управління якого належить установа
Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Назва установи, де проводився захист дисертації
Міністерство освіти і науки України
Орган, до сфери управління якого належить установа
Кваліфікаційна наукова
праця на правах рукопису
АЛІЗАДЕХ МОХАММАДАЛІ
УДК 535.3; 535.37
ДИСЕРТАЦІЯ
РЕНТГЕНОПРОВІДНІСТЬ МОНОКРИСТАЛІВ ZNSE ЯК
ДЕТЕКТОРІВ ІОНІЗУЮЧИХ ВИПРОМІНЮВАНЬ
01.04.07 – фізика твердого тіла
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей,
результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело
М. Алізадех
(підпис)
Науковий керівник Дегода Володимир Якович, доктор
фізико-математичних наук
Київ – 2019

ЗМІСТ
СПИСОК СКОРОЧЕНЬ ТА УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ................................. 12
ВСТУП .................................................................................................................. 14
Розділ І ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ ....................................................................... 24
1.1 Основні відмінності взаємодії електромагнітних випромінювань
видимого і ультрафіолетового світла від рентгенівського і гама квантів з
твердим тілом ...................................................................................................... 24
1.1.1 Основи класичної кінетичної теорії фотолюмінесценції і
фотопровідності ................................................................................................... 26
1.1.2 Основи кінетичної теорії рентгенолюмінесценції і рентгенопроводімості
в широкозонних напівпровідниках ................................................................... 28
1.2 Основні люмінесцентні, оптичні та електричні властивості ZnSe .......... 31
1.2.1 Люмінесцентні характеристики ZnSe ...................................................... 32
1.2.2 Оптичні та електричні параметри ZnSe ................................................... 34
1.3 Термостимульована люмінесценція (ТСЛ) і провідність (ТСП) та дозові
залежності люмінесценції і провідністі монокристалів ZnSe ........................ 39
1.4 Фосфоресценція і релаксація струму проводімості ZnSe ......................... 42
1.5 Детектори іонізуючого випромінювання .................................................... 43
1.6 Сцинтиляційні і напівпровідникові детектори рентгенівського і гаммавипромінювання на основі ZnSe ........................................................................ 46
Висновки до розділу І ......................................................................................... 57
Розділ ІІ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА УСТАНОВКА І МЕТОДИКИ ДЛЯ
ДОСЛІДЖЕННЯ ЛЮМІНЕСЦЕНЦІЇ І ПРОВІДНОСТІ КРИСТАЛІВ ......... 59
2.1 Схема експериментальної установки .......................................................... 60
2.2 Експериментальні методи досліджень монокристалів ZnSe .................... 64
Висновки до розділу ІІ ........................................................................................ 66
Розділ III СПЕКТРИ ЛЮМІНЕСЦЕНЦІЇ ZnSe ПРИ ФОТО- І
РЕНТГЕНІВСЬКОМУ ЗБУДЖЕННІ ................................................................ 67
3.1 Методика експериментальних вимірювань спектрів фото- і
рентгенолюмінесценції ....................................................................................... 67
11
3.2 Спектри фото- і рентгенолюмінесценції ZnSe при різних інтенсивностях і
температурах врзбужденія .................................................................................. 67
3.2.1 Спектральні параметри смуг люмінесценції ............................................ 75
3.2.2 Дія електричного поля на інтенсивність люмінесценції ......................... 79
3.3 Moдель кристалофосфорів з Диполь-центр рекомбінації .......................... 81
Висновки до розділу III ....................................................................................... 84
Розділ IV ЛЮКС-ЛЮМІНЕСЦЕНТНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТО- І
РЕНТГЕНОЛЮМІНЕСЦЕНЦІЇ ТА ЛЮКС-АМПЕРНОЇ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТО- І РЕНТГЕНОПРОВІДНОСТІ ZnSe ................. 86
4.1 Методика експериментальних вимірювань ЛАХ ....................................... 86
4.2 Люкс-люмінесцентні характеристики фотолюмінесценції і люкс-амперні
характеристики фотопровідності ........................................................................ 87
4.3 Люкс-люмінесцентні характеристики рентгенолюмінесценції і люксамперні характеристики рентгенопровідності .................................................. 94
4.4 Аналіз отриманих експериментальних результатів ЛАХ провідності і
ЛЛХ люмінесценції .............................................................................................. 99
Висновки до розділу IV ...................................................................................... 116
Розділ V ВОЛЬТ-АМПЕРНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТО- І І
РЕНТГЕНОПРОВІДНОСТІ ZnSe...................................................................... 119
5.1 Методика експериментальних вимірювань ВАХ ..................................... 119
5.2 Вольт-амперні характеристики фото- і рентгенопровідності .................. 119
5.3 Аналіз отриманих експериментальних результатів ВАХ ........................ 125
5.4 Вплив ефекту Пула-Френкеля на провідність кристалів .......................... 131
Висновки до розділу V........................................................................................ 136
Розділ VI ПАРАМЕТРИ ПАСТОК ДЛЯ ЕЛЕКТРОНІВ У КРИСТАЛАХ
ZnSe ...................................................................................................................... 138
6.1 Методика експериментальних досліджень дозових залежностей та
накопичення світлосуми на пастках в ZnSe .................................................... 138
6.2 Дозові залежності провідності та люмінесценції ZnSe ............................ 138
6.3 Термостимульована люмінесценція і термостимульована провідність
монокристалів ZnSe ........................................................................................... 145
12
6.4 Параметри пасток для носіїв заряду в ZnSe .............................................. 148
6.4.1 Спектр енергій пасток у кристалах ZnSe ................................................ 149
6.4.2 Частотний фактор пасток ......................................................................... 151
6.4.3 Рівень заповнення пасток різної глибини ............................................... 154
6.4.4 Переізи локалізації носіїв на пастки різної глибини ............................. 156
Висновки до розділу VI ...................................................................................... 163
РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ ........................................................................... 164
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ ................................................... 167
ДОДАТКИ ........................................................................................................... 189
ДОДАТОК А ....................................................................................................... 189
ДОДАТОК Б ....................................................................................................... 191

Список литературы

ВИСНОВКИ
Основними висновками роботи є:
1. Порівняння спектрів РЛ і ФЛ при різних інтенсивностях і різних
температурах підтверджують неелементарність смуги 630 нм (1,92 еВ), яка
складається як мінімум з двох елементарних смуг. Запропонована модель
дипольного центру рекомбінації (Диполь-центр), яка пояснює можливість
реалізації обох варіантів рекомбінації на одному комплексному центрі
свічення.
2. Експериментально отримані ЛАХ фотопровідності і
рентгенопроводімості і ЛЛХ двох основних домінуючих смуг свічення
мають залежності близькі до лінійних і спостерігається лише невелика
нелінійність при низьких температурах. Ці нелінійності можна пояснити
наявністю в напівпровідниковому детекторі різних пасток для вільних
носіїв заряду і центрів рекомбінації.
3. Експериментально одержані ТСЛ і ТСП після рентгенівського
збудження показали, що величина максимальної накопиченої світлосуми на
глибоких пастках не залежить від інтенсивності збудження і тільки для
мілких та фосфоресцентної пасток накопичена світлосуми залежить від
інтенсивності збудження.
4. Порівняння отриманих результатів РП з ФП в кристалах ZnSe показує
що загальний характер ВАХ не залежить від виду збудження в широкому
температурному діапазоні від 8 до 420°К і експериментально підтверджено,
що всі криві ВАХ є нелінійними. Розглянуто два нових процеса:
140
1)°збільшення середньостатистичної теплової швидкості електронів під
дією електричного поля і 2)°селективність напрямку швидкості електрона
при делокализации з пасток в рамках ефекту Пула-Френкеля.
5. Порівняння дозових залежностей провідності та люмінесценції при
Х- і УФ-збудженні показує, що дозові залежності при рентгенівському
збудженні розгоряються значно повільніше і для досліджень впливу пасток
на кінетику провідності та люмінесценції більш інформативним є Хзбудження при якому не всі згенеровані вільні носії заряду приймають
участь в провідності.
6. Отримані результати дозволяють стверджувати, що
монокристалічний ZnSe можна ефективно використовувати як детектори Xі гамма-випромінювання в режимі постійного струму при температурах до
130°C. Але, для використання кристалів ZnSe в якості напівпровідникових
аналізаторів іонізуючого випромінювання рентгенівського та гаммавипромінювання, необхідні кристали ще більшої чистоти (з ще меншою
концентрацією неконтрольованих домішок та власних структурних
дефектів), який може працювати в екстремальних температурних умовах і
при значних радіаційних навантаженнях.